半导体异质结中失配位错演化的第一性原理和分子动力学耦合模拟计算

半导体异质结因其特殊结构具有特异的光电性能，但又因晶格失配引发的位错和其它缺陷削弱了其性能。因此，急需研究晶格失配导致的材料物理力学行为，如原子构型、晶格应变、位错演化、缺陷能级及界面态等。为获得应变释放充分、界面态低、薄而光滑的异质结，其核心问题是探明失配位错演化导致应变释放的机理和过程。为此，需要根据第一性原理计算所得能量及位形拟合适于描述含空位等缺陷的材料的势函数；建立合理的预制位错、边界条件、H原子表面重构等计算模型；探讨运动过程势垒寻找路径及最低能量转移路径算法；研究第一性原理和分子动力学耦合计算方法；开发并行计算程序。然后系统地模拟计算位错演化过程中弯结对的产生和迁移、位错芯的结构和能量、位错的钉扎和湮灭、Peierls势垒、以及位错与缺陷相互作用等微观信息，并用电镜做对比实验。最终，提出晶体外延生长选材、结构、组分比、以及压力、温度等参考优化工艺条件，实现人工能带可控剪裁。