[논문 리뷰] Detailed analysis of the performance of the modified Becke-Johnson potential

J. A. Camargo-Martínez, R. Baquero|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 17.

Surface and Thin Film Phenomena인용 수 110

한 줄 요약

이 논문은 반도체에서 밴드 갭 예측을 향상시키기 위해 Wien2K 코드 내에서 수정된 Becke-Johnson 전위(мBJLDA)를 평가한다. 41개의 반도체에 대한 밴드 구조를 계산함으로써, 실험적 밴드 갭과의 일치도가 상당히 향상되었음을 보여주며, 특히 LDA와 GGA 격자 매개변수의 평균을 사용할 경우 더욱 향상되지만 잔여 문제들이 존재하여 문제의 해결이 부분적으로만 이루어진 것으로 보인다.

ABSTRACT

Very recently, in the 2011 version of the Wien2K code, the long standing short come of the codes based on Density Functional Theory, namely, its impossibility to account for the experimental band gap value of semiconductors, was overcome. The novelty is the introduction of a new exchange and correlation potential, the modified Becke-Johnson potential (mBJLDA). In this letter, we report our detailed analysis of this recent work. We calculated using this code, the band structure of forty one semiconductors and found an important improvement in the overall agreement with experiment as Tran and Blaha [{\it Phys. Rev. Lett.} 102, 226401 (2009)] did before for a more reduced set of semiconductors. We found that by using the average of the two lattice parameters (LDA and GGA) a better agreement with the band gap experimental value is systematically obtained. On the other hand, the band structure calculated with the mBJLDA potential seems, at first sight, a simple rigid displacement of the conduction bands towards higher energies. We conclude that, in spite of the very important improvement in the band gap agreement with experiment using the new mBJLDA potential, there are issues that point to the fact that this problem is not yet totally closed.

연구 동기 및 목표

• 수정된 Becke-Johnson 전위(mBJLDA)가 반도체 밴드 갭을 예측하는 데 성능을 평가하기 위해.
• 반도체에서 실험적 밴드 갭을 과소평가하는 DFT 기반 코드의 오랜 한계를 해결하기 위해.
• LDA와 GGA 격자 매개변수를 조합하여 밴드 갭 정확도를 향상시킬 수 있는지 조사하기 위해.
• mBJLDA에 의해 유도된 밴드 구조의 구조적 및 에너지적 변화 분석하기 위해.

제안 방법

• 전자 구조 계산을 위해 Wien2K 코드 내에서 mBJLDA 전위 적용하기.
• mBJLDA 전위를 사용하여 41개의 반도체에 대한 밴드 구조 계산하기.
• LDA와 GGA 결과로부터 유도된 평균 격자 매개변수를 사용하여 구조 입력 향상시키기.
• 정확도 평가를 위해 계산된 밴드 갭과 실험적 값 비교하기.
• mBJLDA 하에서의 밴드 구조 이동, 특히 도너대 이동 분석하기.
• 광범위한 반도체 집합에 걸쳐 전위의 성능 체계적 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 DFT 기능성과 비교할 때 mBJLDA 전위는 밴드 갭 예측을 어느 정도 향상시키는가?
• RQ2 LDA와 GGA 사이의 평균 격자 매개변수 사용이 실험적 밴드 갭과의 일치도를 추가로 향상시키는가?
• RQ3 mBJLDA 전위는 특히 도너대 위치에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 밴드 갭 일치도 향상에도 불구하고 mBJLDA 접근법에서 체계적인 편차나 여전히 남아 있는 문제점은 있는가?

주요 결과

• mBJLDA 전위는 41개의 반도체에 걸쳐 계산된 밴드 갭과 실험적 밴드 갭 간의 일치도를 상당히 향상시킨다.
• LDA와 GGA 격자 매개변수의 평균을 사용할 경우 실험적 밴드 갭 값과의 일치도가 체계적으로 향상된다.
• mBJLDA 계산에서 도너대는 표준 DFT 기능성과 비교해 거의 강체적으로 위로 이동하는 경향을 보인다.
• 상당한 향상에도 불구하고, 논문은 여전히 해결되지 않은 문제들을 식별하여 DFT의 밴드 갭 문제는 아직 완전히 해결되지 않았음을 시사한다.