BN的能带结构和计算可靠性分析.ppt

BN的能带结构和计算可靠性分析 材料物理周俊杰20111338021 背景 氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体 具有四种不同的变体 六方氮化硼 HBN 菱方氮化硼 RBN 立方氮化硼 CBN 和纤锌矿氮化硼 WBN 本次研究的对象是立方氮化硼 CBN 氮化硼耐腐蚀 电绝缘性很好 比电阻大于10 6 cm 压缩强度为170MPa 在c轴方向上的热膨胀系数为41 10 6 而在d轴方向上为 2 3 10 6 在氧化气氛下最高使用温度为900 而在非活性还原气氛下可达2800 但在常温下润滑性能较差 氮化硼可以用在航天航空中的热屏蔽材料 金属成型的脱模剂和金属拉丝的润滑剂等方面 建模 面心立方结构晶格常数 3 615 空间群 216FM 43M根据以上条件进行建模价电子排布B 2s22p1N 2s22p3 结果可靠性测试 为了分析该软件在材料设计方面的可靠性 对BN结构进行测试 分别考虑平面波截断能 k点设置等对计算结果的影响 在自洽精度为Fine的情况下 并采用LDA 局域密度近似 和GGA 广义梯度近似 以及超软赝势和规范 守恒赝势的方法对结果的影响进行分析 为了确保计算的速度 精度和计算结果的准确性 须对截断能Ecut和k点取样进行收敛测试 从而计算出合适的截断能和k点取样 通过对可靠性的性能分析 发现在超软赝势下 截断能为220eV k点取值为4 采用GGA 广义梯度近似 计算时 既能达到好的收敛精度 获得可靠的原胞晶体结构 又能尽量减少计算花费的时间 计算设置 在超软赝势下 截断能为220eV 自洽精度为Fine k pointset4 4 4 LDA得到的总能量最低 GGA RPBE 得到的禁带宽度最接近理论值 超软赝势下截面能与总能量的关系 超软赝势下截面能与计算时间的关系 分析可知 在超软赝势下 随着截面能的升高 BN的总能量会逐渐降低但会需要大量的时间 在截面能相同的情况下 LDA比GGA具有更低的总能量 同时计算时间也更短 Cut Energy超软贋势下截断能选取与总能量和计算时间的关系 规范 守恒赝势下截面能与总能量的关系 规范 守恒赝势下截面能与计算时间的关系 分析可知 在规范 守恒赝势下 随着截面能的升高 BN的总能量先降低后趋于平稳 在截面能相同的情况下 LDA比GGA具有更低的总能量 两者之间的能量差的绝对值相差较大 同时计算时间也更短 规范 守恒赝势下截断能选取与总能量和计算时间的关系 超软赝势下k点的设置与总能量的关系 超软赝势下k点的设置与计算时间的关系 在超软赝势下 无论LDA还是GGA 只有当k点的取值为1时 能量最高 而在其他取值时 总能量逐渐在下降 可知k点的取值越高 精度也就越高 但计算时间也就越长 规范 守恒赝势下k点选取与总能量和计算时间的关系 K point 规范 守恒赝势下k点的设置与总能量的关系 规范 守恒赝势下k点的设置与计算时间的关系 在规范 守恒赝势 无论LDA还是GGA 只有当k点的取值为1时 能量最高 而在其他取值时 总能量逐渐在下降 可知k点的取值越高 精度也就越高 但计算时间也就越长 综合比较在规范 守恒赝势和超软赝势下的计算时间 发现超软赝势要比规范 守恒赝势的计算时间要低很多 规范 守恒赝势下k点选取与总能量和计算时间的关系 计算 交换相关函数 Functional GGA RPBE 截断能 Energycutoff 220eV自洽计算收敛精度 SCFtolerance Finek pointset 4 4 4 BN能带图 BN具有较宽的禁带宽度 为4 345eV 其价带在k空间的G点 其导带的最低点在X点 为间接带隙半导体 能带结构划分为两个部分 费米能级用虚线划分为三个区域 23eV 13 8eV和 11 2eV 0eV 导带位于4 3eV 54 6eV 计算结果及其分析 BN态密度 B N BN的下价带区主要是由N2s2和B2s2p1态组成 而上价带区主要是由N2p3和B2s2p1态构成 还有少量的N2s2 导带主要是由N2p3和B2s2p1态构成的 还有少量N2s2 从分波态密度图中可以看出BN的共价键性质比较明显 B 2s22p1N 2s22p3 布里渊区 布居分析 原子布居数 由上图可以看出 氮化硼是共价化合物 氮带负电荷为 0 62 硼带正电荷为 0 62 在赝势计算中氮和硼的价电子结构分别为 氮s1 51p4 11 硼s0 65p1 73 氮和硼之间形成的强烈