计算压电电子学器件界面处压电电荷分布的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算压电电子学器件的压电电荷分布的技术，具体地，涉及计算压电 电子学器件界面处压电电荷分布的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 压电电子学器件的核心部分是压电半导体，如氧化锌、氮化镓、氮化铟等。在外界 应力的作用下，压电半导体的表面会产生压电电荷及相应的压电电场，从而影响半导体的 输运性质。因而，可以利用外界应力来替代传统的门电极对压电电子学器件的输运性质进 行调控，这叫做压电电子学。压电电子学器件中压电半导体与其他材料界面处产生的压电 电荷是压电电子学效应的关键因素。目前，已有相关的理论研究阐述了压电电荷对器件的 调控机理，但所采用的方法仅基于经典的压电理论、半导体物理、以及宏观的有限元方法， 对压电电荷在微观界面处的分布长度及分布形状也采取了简单的近似，因而无法得到压电 电荷的分布规律。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供计算压电电子学器件界面处压电电荷分布的方法和系统，用 于解决计算压电电子学器件的压电电荷分布，尤其是界面处的压电电荷分布的问题。
[0004] 为了实现上述目的，本发明提供了一种计算压电电子学器件界面处压电电荷分布 的方法，包括：接收构成所述压电电子学器件的原子的原子种类、原子坐标和晶胞大小；分 别在所述压电电子学器件无应变和有应变的情况下，根据原子种类、原子坐标和晶胞大小 计算所述界面处的电荷量，其中，在无应变的情况下，所述电荷量为无应变电荷量，以及在 有应变的情况下，所述电荷量为有应变电荷量；以及计算所述界面处的所述无应变电荷量 与所述有应变电荷量的差值以得到所述界面处的压电电荷分布。
[0005] 相应地，本发明还提供了一种计算压电电子学器件界面处压电电荷分布的系统， 包括：接收装置，用于接收构成所述压电电子学器件的原子的原子种类、原子坐标和晶胞大 小；以及计算装置，用于：分别在所述压电电子学器件无应变和有应变的情况下，根据原子 种类、原子坐标和晶胞大小计算所述界面处的电荷量，其中，在无应变的情况下，所述电荷 量为无应变电荷量，以及在有应变的情况下，所述电荷量为有应变电荷量；以及计算所述界 面处的所述无应变电荷量与所述有应变电荷量的差值以得到所述界面处的压电电荷分布。
[0006] 通过上述技术方案，本发明通过分别计算在压电电子学器件无应变和有应变情况 下界面处的电荷量来得到界面处的压电电荷分布，可以精确地了解压电电荷在界面处的分 布情况，从而能够精确模拟压电电子学器件的输运性质，为优化压电电子学器件功能、加快 压电电子学器件产业化进程提供帮助。
[0007] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0008] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0009] 图1是本发明提供的计算压电电子学器件界面处压电电荷分布方法的流程图；
[0010] 图2是本发明实施例提供的一种压电电子学器件；
[0011] 图3(a)是根据图2提供的实施例的Ag-ZnO-Ag压电电子学晶体管的原子尺度模 型；
[0012] 图3(b)是根据图2提供的实施例的Ag-ZnO-Ag压电电子学晶体管超晶胞内面平 均静电势及宏观平均静电势；
[0013] 图3(c)是根据图2提供的实施例的Ag-ZnO-Ag压电电子学晶体管超晶胞内面平 均电荷密度；
[0014] 图4 (a)是晶体管中的ZnO在± 1 %应力下时，hcp-Ag-Zn〇-Ag晶体管Ag-Zn-O接 触区域（即如图3所示的BE区域）的压电电荷分布图；
[0015] 图4(b)是晶体管中的ZnO在±5%应力下时，hcp-Ag-Zn〇-Ag晶体管Ag-Zn-O接 触区域（即如图3所示的BE区域）的压电电荷分布图；
[0016] 图4(c)是晶体管中的ZnO在±1%应力下时，hcp-Ag-Zn〇-Ag晶体管Zn-O-Ag接 触区域（即如图3所示的FC区域）的压电电荷分布图；
[0017] 图4(d)是晶体管中的ZnO在±5%应力下时，hcp-Ag-Zn〇-Ag晶体管Zn-O-Ag接 触区域（即如图3所示的FC区域）的压电电荷分布图；
[0018] 图5(a)是晶体管中的ZnO在±1%应力下时，fcc-Ag-Zn〇-Ag晶体管Ag-Zn-O接 触区域的压电电荷分布图；
[0019] 图5 (b)是晶体管中的ZnO在±5%应力下时，fcc-Ag-ZnO-Ag晶体管Ag-Zn-O接 触区域的压电电荷分布图；
[0020] 图5 (C)是晶体管中的ZnO在± 1 %应力下时，fCC-Ag-ZnO-Ag晶体管Zn-O-Ag接 触区域的压电电荷分布图；
[0021] 图5 (d)是晶体管中的ZnO在±5%应力下时，fcc-Ag-ZnO-Ag晶体管Zn-O-Ag接 触区域的压电电荷分布图；
[0022] 图6 (a)是在应力仅施加在ZnO上时hcp-Ag-ZnO-Ag晶体管Ag-Zn-O接触区域总 压电电荷随应力变化的图示；
[0023] 图6 (b)是在应力仅施加在ZnO上时hcp-Ag-ZnO-Ag晶体管Zn-O-Ag接触区域总 压电电荷随应力变化的图示；
[0024] 图6 (c)是在应力仅施加在ZnO上时fcc-Ag-ZnO-Ag晶体管Ag-Zn-O接触区域总 压电电荷随应力变化的图示；
[0025] 图6 (d)是在应力仅施加在ZnO上时fcc-Ag-ZnO-Ag晶体管Zn-O-Ag接触区域总 压电电荷随应力变化的图示；
[0026] 图7至图9是在应力施加在整个晶体管上时与图4至图6相对应的图示；以及
[0027] 图10是本发明提供的计算压电电子学器件界面处压电电荷分布系统的框图。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0029] 图1是本发明提供的计算压电电子学器件界面处压电电荷分布方法的流程图，如 图1所示，该方法包括：接收构成压电电子学器件的原子的原子种类、原子坐标和晶胞大 小；分别在该压电电子学器件无应变和有应变的情况下，根据所接收到的原子种类、原子坐 标和晶胞大小计算所述界面处的电荷量，其中，在无应变的情况下，该电荷量为无应变电荷 量，以及在有应变的情况下，该电荷量为有应变电荷量；以及计算所述界面处的所述无应变 电荷量与所述有应变电荷量的差值以得到所述界面处的压电电荷分布。
[0030] 本发明以图2所示的压电电子学器件为例进行说明，但应当注意的是，图2所示的 压电电子学器件并不用于限定本发明的范围。
[0031] 图2所示的压电电子学器件是由两个金属电极连接中间的压电半导体而成，图2 所示的示例选择Ag(银）作为金属电极，ZnO(氧化锌）作为中间的压电半导体材料。其他 可以替换的金属电极材料有Au (金）、Al (铝）、Pt (钼金）等，可以替换的压电半导体材料 有GaN (氮化镓）、InN (氮化铟）等。
[0032] 在图2中标出了 ZnO的c轴方向，在沿着c轴方向的外应力施加在该压电电子学 器件上时，在两个金属电极Ag与压电半导体ZnO的界面处将产生压电电荷，该压电电荷为 有应变电荷量与无应变电荷量的差值。
[0033] 其中，计算界面处的电荷量包括以下步骤：在垂直于压电电子学器件界面的方向 上将压电电子学器件划分多个格点（如，2000个格点），然后计算每个格点的电荷量，根据 原子坐标得到界面处的电荷量。其中，垂直于压电电子学器件界面的方向为图2所示的c 轴的方向。由于每个原子的坐标是已知的，所以可以根据处于压电电子学器件界面处的原 子的坐标就可以得到界面处的电荷量，该电荷量为正电荷与负电荷之和。
[0034] 其中，计算每个格点的电荷量包括以下步骤：根据构成压电电子学器件的原子的 原子种类、原子坐标和晶胞大小得到压电电子学器件的面平均静电势，然后根据该面平均 静电势得到压电电子学器件的面平均电荷密度，然后根据该面平均电荷密度得到每个格点 的电荷量。其中，每个格点中的电荷量由该格点中的平均电荷密度和格点的体积相乘得到。 根据构成压电电子学器件的原子的原子种类、原子坐标和晶胞大小得到压电电子学器件的 面平均静电势可以采用以下算法进行：