二维半导体材料的高通量计算及数据管理平台的设计与实现

材料数据的高通量计算是一项复杂、繁琐的过程.利用开源的电子结构计算代码PWscf作为计算引擎,基于PBS的计算任务管理和调度,本团队开发了二维半导体材料基本特性的高通计算平台.该平台以数据库为核心,通过中间件、程序调度等方法,实现计算任务的自动生成和管理,计算过程的监控以及计算结果的提取、分析和收集入库的功能.详细介绍了系统的实现以及基本功能,并以MX2型二维半导体材料为例,说明了其主要的特性.经过本平台计算,获得了二维半导体材料性能的一些变化规律.本平台为材料性能的高通量计算筛选以及基于大数据的材料构效关系的发现奠定了基础.

MX2型二维半导体载流子迁移率理论预测

为找到未来半导体晶体管合适的沟道材料,计算了14种MX_2(其中M=Mo,W,Sn,Hf,Zr和Pt,X=S,Se和Te)型二维半导体载流子有效质量、带隙以及电子和空穴迁移率。在计算过程中,为了快速对载流子迁移率进行估计,利用形变势的近似电声耦合矩阵元。计算时考虑长波光学声子和声学声子的散射,而在极化晶体中,考虑了极化散射。计算结果表面,WS_2,PtS_2以及PtSe_2具有最高的电子迁移率以及非零的带隙。其中,PtSe_2的电子在室温下的理论迁移率上限为4000 cm^2·V^(-1)·s^(-1),而W,Hf和Zr的二维化合物室温时的空穴迁移率较高,其中含W的化合物理论迁移率上限到2600 cm^2·V^(-1)·s^(-1)。该计算研究为实验合成高迁移率的二维材料提供指导,同时为实验获得高性能以二维材料作为沟道的场效应晶体管提供参考,加速二维材料的应用。