Materials Studio半导体计算专题培训：电子结构、光学性质、杂化钙钛矿、Janus异质结构

半导体材料行业是目前国家重点鼓励与扶植发展的行业之一，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性和基础性产业。半导体材料的电子结构、光学性质以及由其所组成的异质结构尤为受到科研人员的关注。

Materials Studio是入门DFT计算的首选软件，其基于Windows界面强大的可视化建模与结果分析功能，使得初学者可以快速上手，在短期内将DFT计算应用于自己的科研工作中。

本次课程将由华算科技技术部资深专家、经验丰富的杨站长带大家学习半导体材料的电子结构与晶格动力学性质计算。

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本次课程为专题课程，配合零基础课程学习效果更佳！报名成功后，赠送三套总价2497元的计算课程，让你计算技能更加全面。前20人报名，更有立减500元优惠！

课程特色

1. 全流程降低学习门槛：采用MS建模+参数设置+计算+结果分析

2. 双系统教学：Linux完成计算，Windows建模与结果可视化

3. 直击科研热点：杂化钙钛矿 + 二维材料 + Janus异质结构

讲师介绍

杨老师(MS杨站长)：华算科技全职技术资深专家，拥有13年以上MaterialsStudio软件使用经验。曾就职于德国马克思普朗克研究所，日本WPI研究所，并曾在芬兰阿尔托大学进行长期访问，作为PI主持欧盟与日本科研项目各2项，日本高校科研项目2项。

主要从事固态相变的第一性原理研究、电化学固液界面的AIMD研究与超分子化学中的分子动力学模拟。

课表一览

课程内容

 1   密度泛函理论、杂化泛函、DFT+U的使用

1. 波恩-奥本海默近似，Hatree-Fock近似，密度泛函理论 

2. Kohn-Sham方程，交换关联势，LDA/GGA，电子自洽循环，

3. DFT的缺陷, 杂化泛函

4. 掺杂体系的自旋设置，DFT+U, 反铁磁性半导体材料的自旋，晶体场劈裂

本章介绍密度泛函理论的基本框架，参数设置，DFT中的缺陷。但是想得到与实验结果相符的带隙，得用到杂化泛函。

有些半导体是反铁磁性的，掺杂体系也需要设置自旋。所以本章也将为大家介绍DFT进阶，杂化泛函与磁性体系磁矩的设置方法。

 2   晶体的能带与态密度（实操）

1. 能带、态密度的物理意义

2. 直接带隙与间接带隙

3. 价带顶、导带底的PDOS分析

4. 价带顶、导带底的轨道分析

5. 磁矩/自旋密度分析，自旋极化的分波态密度

本章将为大家介绍半导体材料的常用理论分析手段—电子结构分析。用好电子结构分析，不但能重现实验上观察到的指标，还能帮助我们从电子层面上解释现象背后的本质原因。

当自旋极化打开之后，分波态密度需要分为多数自旋与少数自旋两种情况讨论，本章也将讲解其具体做法。

 3   二维材料载流子迁移率计算（1）

1. 形变势理论 

2. TMD的电子结构  

3. WS2的结构优化与精确参数设置 

4. k点密度与截断能收敛性测试 

本章为大家扫清利用形变势理论计算载流子迁移率的所有理论障碍及技术阻碍。

首先将介绍形变势理论的来源与框架，其次讲解如何针对二维材料WS2做几何结构优化，以及如何通过收敛性测试选取计算参数。

 4   二维材料载流子迁移率计算（2）

1. 能带结构的完全路径，特定方向能带结构的计算 

2. 二维格子的第一布里渊区 ，能带路径长度计算

3. 应变下的晶体状态方程曲线与弹性常数计算 

4. 应变下功函数与形变势计算 

5. 载流子有效质量、迁移率的计算 

从二维格子的布里渊区入手，手把手带大家进行二维材料的能带全路径及特定方向路径的设置，同时介绍在MS中如何计算倒空间中k点路径的真实长度。形变势理论中需要考察带边位置在不同应变下的变化，为了对比须引入真空能级作为参照。

本章将带大家通过表面功函数确定带边的相对位置，并引入应变计算其变化。此外，本章也将全面讲解应变下的弹性常数计算，二阶系数拟合；详细讲授电子、空穴的有效质量，并介绍推导出来的简化计算方式，结合上一章所计算的参数来评估载流子迁移率。

 5   钙钛矿型太阳能电池（1）

1. 杂化卤化物钙钛矿

2. 有机阳离子在光捕获过程中所起的作用

3. 有机阳离子的动态朝向变化

4. 钙钛矿结构中的畸变

没有哪种材料比钙钛矿型材料更受关注。其中有机无机杂化钙钛矿在太阳能电池领域里大放异彩，而有机阳离子对带边位置影响甚小，到底它在材料性能中扮演什么样的角色？其朝向会对整体结构产生什么样的影响？这些问题将在这一章中得到解答。

 6   钙钛矿型太阳能电池（2）

1. DFT-D色散修正

2. 旋轨耦合Spin-Orbit Coupling

3. Rashba-Dresselhaus splitting对能带的影响

4. 不同朝向有机阳离子的能带结构分析

能带是研究半导体材料最直接有效也是最普遍的手段，本章将为大家讲解其物理意义，如何分析，太阳能电池及LED半导体计算对能带局部精细结构的准确度要求较高，本章也将讲解其解决方法—SOC的使用方法。

 7   钙钛矿型太阳能电池（3）

1. 各元素PDOS分析

2. COOH/COHP化学键强度分析

3. 电荷密度在VBM/CBM的投影

4. 不同朝向有机阳离子对原子电荷布居的影响

杂化钙钛矿型电池的优异性能须由电子结构性质来解释，深层机制不但要分解到原子层面上，还要分解到属于原子的电子轨道上，以及原子周围的电子密度上。

本章为大家讲解电子结构性质分析方法中的电荷布居、各元素PDOS、COHP与COOP，以及电荷密度在VBM/CBM的投影。

 8   光学性质计算

1. 介电材料对电场的响应机制

2. 介电函数计算

3. 吸收、折射、反射率、损失谱的计算

4. 光学性质的各向异性分析

光学性质是太阳能电池、LED、半导体光催化剂等材料的重要指标，本章将带大家通过非自洽计算得到介电函数的实部与虚部，解释其意义，进而计算光吸收、折射、反射率及损失谱，以及对结构进行光学性质各向异性分析。

 9   晶格动力学性质分析

1. 声子谱与声子态密度计算

2. 红外、拉曼谱计算

3. 波恩有效电荷、介电张量、极化率计算

4. 本征位移矢量分析

振动性质是与电子结构性质同样重要的DFT分析手段。本章将为大家讲解周期性结构布里渊区所有k点上、以及单独Gamma点上的振动频率计算，以及波恩有效电荷、介电张量、极化率计算，以及基于此得到的红外、拉曼振动谱及其解析。也将为大家介绍本征位移矢量分析的方法，为下一章的相变研究打好基础。

 10   固体相变分析

1. 弹性形变-长波极限近似下的横声学支TA软模分析

2. 弹性形变-长波极限近似下的纵声学支LA软模分析

3. 离子位移型相变-光学支Gamma点软模分析

4. 钙钛矿结构中的铁电相变

当温度或压力改变的情况下，两相间的相对稳定性会发生变化，有可能导致相变的产生。而晶格动力学软模是研究相变机制的最重要手段。

本章从声子谱中的软模出发，为大家讲解其物理意义，不稳定性的晶格动力学来源，以及介绍横/纵声学支软模所对应的拉伸、压缩应变及切应变的分析方法，另外也将讲解铁电等位移型相变的分析方法。

 11   异质结构建模

1. 金属-半导体接触

2. 半导体半导体接触

3. 通过范德华力连接的复合结构

4. 通过化学键连接的复合结构

异质结构建模并不是仅仅把两层叠在一起就行了。实际计算中遇到的问题有很多，比如界面间晶格角度不匹配、长度不匹配，要考虑的因素也有很多，比如层间距，层间相对位置。

初学者稍不注意就会掉进这些坑里，进而被审稿人质疑。不同形式的异质结构，搭建的方法也会有些许差异。本章将在建模过程中为大家具体讲解这些问题。

 12   异质结构性质计算

1. 金属-半导体接触，肖特基势垒，能带弯曲

2. 半导体-半导体复合结构，能带带边位置匹配

3. NS表面偶极修正方法

4. 界面静电势分布

5. 界面差分电荷密度分析，积累层与耗尽层

两种结构形成异质结构时往往会带来能带弯曲。但在计算能带弯曲时，表面偶极与周期性镜像间的电场将严重干扰费米能级相对位置的求解。

本章将带大家计算在引入Neugebauer-Scheffler所发明的表面偶极修正方法后，金属-半导体，半导体-半导体异质结构的费米能级位置，从而判断电子流向；并借助差分电荷密度分析载流子的积累与耗尽层分布。

 13   Janus范德华异质结（1）

1. MSM金属-半导体-金属连接

2. Janus材料的构建

3. Janus异质结构的层间距

4. Janus异质结构两层的相对位置

金属-半导体-金属连接中存在着很多问题，Janus异质结构是解决这些问题的有效手段。本章将为大家讲解Janus材料的结构特点与构建方法，Janus异质结构的搭建操作步骤与势能面最低点寻找方法。

 14   Janus范德华异质结（2）

1. 金属性T-MoS2与半导体性H-MoS2的平面平均静电势分布

2. 掺杂材料的能带与分波态密度

3. 非对称内禀偶极与层间极化场的耦合

4. Janus二维范德华异质结的静电势分布

5. 非对称势垒与整流效应

T相与H相MoS2类材料拥有完全不同的能带结构与导电性能，本章将从电子结构性质出发，解释两者差异的来源。并将带大家画出两者的平均静电势分布。

将T相与Janus型H相二维TMD材料组合形成异质结构后，通过不同的面结合将导致不同的整体静电势分布，本章也将讲解由此形成的MSM连接非对称性势垒的来源以及其对整流效应的影响机制。

报名方式

主办单位：深圳华算科技有限公司（拥有VASP、Materials Studio、Gaussian、LAMMPS商业版权）

深圳浦华系统技术有限公司（Materials Studio官方代理）

课程时间：本次课程为录播课，课时21小时，后续会补充至24小时。

培训形式：录播课程，课程群永不解散，随时提问，及时解答。课程费用：2980元。名额有限，欲报从速！提供增值税普通发票及邀请函。与MS电池计算专题课、MS光电热催化计算专题培训、MS半导体计算专题培训同时报名优惠更多哦！报名方式：识别下方二维码报名，或者联系手机[phone] 。👇👇扫描二维码，立即报名👇👇 👆👆电话：[phone] 👆👆

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