應力變化的圖示；圖6(c)是在應力僅施加在ZnO上時 fCC-Ag-Zn〇-Ag晶體管的Ag-Zn-O接觸區域總壓電電荷隨應力變化的圖示；圖6(d)是在應 力僅施加在ZnO上時fcc-Ag-ZnO-Ag晶體管的Zn-O-Ag接觸區域總壓電電荷隨應力變化 的圖示。其中，圖6 (a)和圖6 (b)的Ag-Zn-O接觸區域和Zn-O-Ag接觸區域分別是圖3所 示的晶體管的原子尺度模型中的左接觸區域和右接觸區域，對于圖6(c)和圖6(d)中描述 的fcc-Ag-ZnO-Ag晶體管，本領域技術人員應當理解該fcc-Ag-ZnO-Ag晶體管也應存在與 hcp-Ag-Zn〇-Ag晶體管類似的Ag-Zn-O (左）接觸區域和Zn-O-Ag (右）接觸區域。其中，橫 坐標表示應力大小，縱坐標表示絕對電子電荷。
[0049] 需要說明的是，除了接觸區域以外的其他區域的總電荷量幾乎不會隨外應力有所 變化，這說明壓電電荷都分布在接觸區域內，其分布長度就是接觸區域的長度。對于兩種晶 體管（即hcp-Ag-Zn〇-Ag晶體管和fcc-Ag-Zn〇-Ag晶體管）來說，他們的左右區域的長度 彼此接近，大約為4.42人，這與現有的經典壓電電子學理論研究中所假設的分布區域2,5人 處于同一量級。從圖6中還可以看出，壓電電荷分布非常不均勻，在Ag和Zn原子之間及0 原子的附近可以發現較大的峰，這與現有研究中所作的壓電電荷均勻分布的假設不同。無 論是左接觸區域或右接觸區域中，增加拉伸/壓縮應力的大小并不會明顯改變壓電電荷的 分布形狀，而只會增加峰值的大小。
[0050] 圖6中示出了在應力僅施加在ZnO上時hep-晶體管及fee-晶體管中左/右接觸 區域中總電荷量隨外應力的變化。兩種晶體管給出了相同的趨勢，接觸區域內總電荷量隨 外應力顯示出明顯的線性變化趨勢。對于左接觸區域，壓縮應力使區域內正電荷增多而拉 伸應力使區域內的負電荷增多，相關趨勢可參見圖5(a)及5(c)。另一方面，對于右接觸區 域，壓縮應力使區域內負電荷增多而拉伸應力使區域內正電荷增多，相關趨勢由圖5(b)及 5(d)給出，與左區域相反。除了兩個接觸區域之外，還計算了左右Ag電極和ZnO內部區域 (未示出），這些區域中的總電荷量幾乎不隨外應力有所變化，這說明所有壓電電荷都分布 在兩個接觸區域中。該結論與經典壓電電子學理論相符。
[0051] 對應地，圖7至圖9是在應力施加在整個晶體管上時與圖4至圖6相對應的圖示。
[0052] 圖10是本發明提供的計算壓電電子學器件界面處壓電電荷分布系統的框圖，如 圖10所示，該系統包括接收裝置和計算裝置。其中接收裝置用于接收構成壓電電子學器件 的原子的原子種類、原子坐標和晶胞大小，計算裝置用于：分別在壓電電子學器件無應變和 有應變的情況下，根據構成壓電電子學器件的原子的原子種類、原子坐標和晶胞大小計算 界面處的電荷量，其中，在無應變的情況下，該電荷量為無應變電荷量，以及在有應變的情 況下，所述電荷量為有應變電荷量；以及計算界面處的無應變電荷量與所述有應變電荷量 的差值以得到所述界面處的壓電電荷分布。
[0053] 需要說明的是，本發明提供的計算壓電電子學器件界面處壓電電荷分布系統的具 體細節及益處與本發明提供的計算壓電電子學器件界面處壓電電荷分布方法相對應，于此 不予贅述。
[0054] 以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實 施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡 單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
[0055] 根據以上本發明提供的計算壓電電子學器件界面處壓電電荷分布的技術，根據實 驗可以得到以下實驗結果：在應力比較小，如，±1%時，相反應力下的壓電電荷分布呈近似 的鏡面對稱，然而，當應力增大，如到達± 5 %時，相反應力下的壓電電荷分布偏離了鏡面對 稱。
[0056] 本發明提供的計算壓電電荷分布的過程簡便，利用所得到的結果可以對壓電電子 學器件的工作性能進行更為準確的模擬，通過計算不同壓電材料的壓電電荷分布，可以對 壓電電子學器件的輸運性能進行模擬，以找出結果最好的器件進行研制、生產，以得到更為 優化的器件，這樣可以節省器件研發時間及生產成本。
[0057] 另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛 盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發明對各種可 能的組合方式不再另行說明。
[0058] 此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本 發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【主權項】
1. 一種計算壓電電子學器件界面處壓電電荷分布的方法，其特征在于，包括： 接收構成所述壓電電子學器件的原子的原子種類、原子坐標和晶胞大小； 分別在所述壓電電子學器件無應變和有應變的情況下，根據所述原子種類、原子坐標 和晶胞大小計算所述界面處的電荷量，其中，在無應變的情況下，所述電荷量為無應變電荷 量，以及在有應變的情況下，所述電荷量為有應變電荷量；以及 計算所述界面處的所述無應變電荷量與所述有應變電荷量的差值以得到所述界面處 的壓電電荷分布。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算界面處的電荷量包括： 在垂直于該壓電電子學器件界面的方向上將所述壓電電子學器件劃分多個格點；以及 計算每個格點的電荷量，根據所述原子坐標得到所述界面處的電荷量。3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述計算每個格點的電荷量包括： 根據所述原子種類、原子坐標和晶胞大小得到所述壓電電子學器件的面平均靜電勢； 根據所述面平均靜電勢得到所述壓電電子學器件的面平均電荷密度；以及 根據所述面平均電荷密度得到每個格點的電荷量。4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據所述原子種類、原子坐標和晶胞 大小得到所述壓電電子學器件的面平均靜電勢采用密度泛函理論DFT方法或哈特里一福 克方法或半經驗的緊密束縛方法。5. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，根據所述面平均靜電勢得到所述壓電電 子學器件的面平均電荷密度采用泊松方程來計算。6. -種計算壓電電子學器件界面處壓電電荷分布的系統，其特征在于，包括： 接收裝置，用于接收構成所述壓電電子學器件的原子的原子種類、原子坐標和晶胞大 小；以及 計算裝置，用于： 分別在所述壓電電子學器件無應變和有應變的情況下，根據所述原子種類、原子坐標 和晶胞大小計算所述界面處的電荷量，其中，在無應變的情況下，所述電荷量為無應變電荷 量，以及在有應變的情況下，所述電荷量為有應變電荷量；以及 計算所述界面處的所述無應變電荷量與所述有應變電荷量的差值以得到所述界面處 的壓電電荷分布。7. 根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述計算裝置計算界面處的電荷量包括： 在垂直于該壓電電子學器件界面的方向上將所述壓電電子學器件劃分多個格點；以及 計算每個格點的電荷量，根據所述原子坐標得到所述界面處的電荷量。8. 根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述計算裝置計算每個格點的電荷量包 括： 根據所述原子種類、原子坐標和晶胞大小得到所述壓電電子學器件的面平均靜電勢； 根據所述面平均靜電勢得到所述壓電電子學器件的面平均電荷密度；以及 根據所述面平均電荷密度得到每個格點的電荷量。9. 根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述計算裝置采用密度泛函理論DFT方法 或哈特里一福克方法或半經驗的緊密束縛方法來根據所述原子種類、原子坐標和晶胞大小 得到所述壓電電子學器件的面平均靜電勢。
【專利摘要】本發明公開了計算壓電電子學器件界面處壓電電荷分布的方法和系統，該方法包括：接收構成壓電電子學器件的原子的原子種類、原子坐標和晶胞大小；分別在壓電電子學器件無應變和有應變的情況下，計算界面處的電荷量，其中，在無應變的情況下，電荷量為無應變電荷量，在有應變的情況下，電荷量為有應變電荷量；計算界面處的無應變電荷量與有應變電荷量的差值以得到界面處的壓電電荷分布。本發明通過分別計算在壓電電子學器件無應變和有應變情況下界面處的電荷量來得到界面處的壓電電荷分布，可以精確地了解壓電電荷在界面處的分布情況，從而能夠精確模擬壓電電子學器件的輸運性質，為優化壓電電子學器件功能、加快壓電電子學器件產業化進程提供幫助。
【IPC分類】G01R29/24
【公開號】CN105092989
【申請號】CN201410183558
【發明人】劉偉, 張愛華, 張巖, 王中林
【申請人】北京納米能源與系統研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年4月30日