1、Si晶体能带结构的第一性原理计算固体物理上机资料文档Si晶体能带结构的第一性原理计算班级： 学号： 姓名：一.模型构建与优化1.打开Material Studio，FileImportStructuresemiconductorsSi,构建Si的原始模型 2.通过Display Style调整原子显示方式及颜色。我们可以看出其属于立方晶系，面心立方格子，类金刚石结构。3.选择CASTEP Calculation，Task选择Geometry Optimization，精度选择fine；点击more，精度选择fine,勾选Optimize cell，对晶胞参数和原子位置进行优化。优化后的Si原胞
2、如下图所示。 4.对比优化前后（左侧为优化前Si单胞，右侧为优化后Si原胞） 二.能量计算与分析由能量收敛曲线可以看出，优化前Si的基态能量为-214.378eV,优化后的能量为-214.389eV，结构优化后的模型能量更低，更稳定。三电子态密度和能带计算分析1.计算DOS及能带图。对运行结果进行如下分析得到Band Structure图，DOS图2.能带分析从能带图可以看出，费米能级的能量为0eV，费米能级以上为导带，费米能级以下为价带，导带底与价带顶之间能量差即为带隙，从能带图可以看出，Si存在带隙，带隙为0.647eV，说明Si是半导体，与实际相符。又因为Si能带图中导带边kc与价带边kv不重合，说明Si是间接半导体。2.DOS分析DOS，态密度是EdE 能量范围内的能级（电子状态）数，费米能级能量为零，费米能级左侧为价带，右侧为导带，可以看出，费米能级两侧有一段态密度为0的区域，即为Si的带隙，因为带隙对应的是没有电子填充的状态，所以其态密度为零。四电荷密度计算与分析1.电荷密度计算 calculationpopulation analysisanalysiselectron density得下图2.电荷密度分析 通过上图可以看出Si晶体中共价键中间电荷密度最高，电荷主要集中在共价键上。
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