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3C-SiC结构优化-收敛性测试12024/11/7 周四一、SiC晶体 SiC是一种优良的半导体，常见的SiC有4种结构，分别是3C-SiC（闪锌矿结构）、2H-SiC（铅锌矿结构）、4H-SiC、6H-SiC,本次计算将采用3C-SiC。通过查询可知3C-SiC空间群为F-43M，晶格常数a=b=c=0.43589nm，禁带宽度为2.417eV，价电子为C：2S2 2P2，SiC：3S23P2。22024/11/7 周四二、建立模型32024/11/7 周四SiC的3D模型图42024/11/7 周四收敛性测试分别考虑平面波截断能E、收敛精度SCF及K点设置对计算结果的影响，并采用LDA和GGA的方法对结果的影响进行分析。在设置参数时，采用控制变量法，依次判断各参数对计算结果的影响。各参数的初始值设定为：平面波截断能E=310eV 收敛精度SCF取Ultra-fine K-point取4x4x4 52024/11/7 周四计算完成后在3D Atomistic.castep文件夹获得总能量的值62024/11/7 周四1、对平面波截断能进行测试得到以下总能量的数据，做得下图图1、截断能与总能量的关系截断能截断能200200240240280280310310320320LDALDA-1054.67-1054.67-1056.85-1056.85-1057.89-1057.89-1057.83-1057.83-1057.87-1057.87GGAGGA-1048.71-1048.71-1050.99-1050.99-1051.73-1051.73-1051.57-1051.57-1051.60-1051.60图2、截断能与时间的关系表1、截断能与总能量的对应数据72024/11/7 周四 从图1可以看出，截断能增大到从280eV时，总能量开始收敛，而初始设定310eV高于280eV，所以认定截断能设为310eV计算得到的结果是可信的。从图2可以看出，截断能越大，计算所需时间就越长。所以可以将截断能设定为310eV来测试SCF对总能量的影响，以减少计算量，和计算时间。2、对SCF的收敛性进行测试得到以下总能量的数据和时间图 SCFUltra-fineFineMediumCoarse LDA-1057.831824729-1057.831824564-1057.831824511-1057.831824170 GGA-1051.567982108-1051.567982145-1051.567982132-1057.567982050表2、SCF与总能量的对应数据82024/11/7 周四 由表1可以看出SCF的设置对总能的影响很小，总能差在10-5以下。由图3可知、SCF设置的精度越高，计算耗时就越长，所以在计算量较大的计算中，SCF设置为中等精度即可，这样能节省较多时间。由于SCF对总能的影响小，所以可以认定初始设定是可信的。图3、SCF与时间的关系图92024/11/7 周四3、对K点设置进行测试得到以下总能量的数据，做得下图图4、K点设置与总能量的关系K K1x1x11x1x12x2x22x2x23x3x33x3x34x4x44x4x45x5x55x5x56x6x66x6x6LDALDA-1047.03-1047.03-1057.33-1057.33-1057.78-1057.78-1057.83-1057.83-1057.83-1057.83-1057.84-1057.84GGAGGA-1040.93-1040.93-1051.08-1051.08-1051.52-1051.52-1051.56-1051.56-1051.57-1051.57-1051.57-1051.57图5、k点设置与时间的关系表3、k点设置与总能对应的数据102024/11/7 周四4、对比在初始参数下LDA方法与GGA方法算得的能带图LDAGGA图6从图4可以看出，k点设定增大到3x3x3时，总能量开始收敛，而初始设定4x4x4高于3x3x3，所以认定K点设为4x4x4计算得到的结果是可信的。从图5可以看出，k点设置越高，计算所需时间就越长。112024/11/7 周四五、总结a、由图1可知，在同样的晶胞体积下，用GGA的方法计算单点能比用LDA方法计算的能量要高6eV左右。随着截断能的增高，总能量最终趋近于一定值，但随之计算时间会变长。b、由图4可知，K点精度设置的越高，计算得到的总能量就越趋近于一个定值，同样计算时间会变长。c、由图2、3、5可知，用GGA方法计算所需的时间要比用LDA方法的短。由图6可知，用GGA方法计算的禁带宽度1.394eV要略大于LDA方法计算的1.346eV，更接近于实验值2.417eV。由a、b可知计算是精度设置得越高，所得的结果就越精确。但是由于计算时要考虑到计算效率，所以在计算时要按实际情况进行相应的设置。对于本次计算，在保证了计算结果精确性的情况下，又较好的控制了计算时间，所以设置是比较合理的。由c可知对于3C-SiC用GGA方法计算能带结构所得的结果会更精确，同时也会更省时。综上所述，本次计算结果是可信的，但是用GGA方法计算会更好。122024/11/7 周四