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材料設計，器件模擬計算領域的引領者
陳時友團隊傾情打造｜鴻之微DASP軟件正式發布（缺陷和雜質的第一性原理計算模擬軟件）
由陳時友團隊打造的DASP軟件
歷時十四年開發、迭代
終于正式商用！
它能洞察影響器件可靠性的微觀機制
為集成電路產業發展提供原子級模擬仿真工具
認識鴻之微軟件家族新伙伴DASP
DASP (Defect and Dopant ab-initio Simulation Package)是一款半導體缺陷和雜質的第一性原理計算模擬軟件。
DASP能針對輸入的半導體晶體結構，基于材料基因組數據庫和第一性原理軟件包，自動計算并輸出半導體的熱力學穩定性，缺陷和雜質形成能及離化能級，半導體樣品中缺陷、雜質和載流子濃度及費米能級，關鍵缺陷和雜質誘導的光致發光譜、載流子輻射和非輻射俘獲截面及少子壽命。
DASP的計算結果可以直接作為半導體器件TCAD仿真的輸入參數，為器件優化提供定量依據。同時，它也可以直接與缺陷和雜質的各種電學和光學表征實驗結果進行對比，作為“解譜”工具。
一、背景和前景
背景：
有限溫度下，半導體晶格中不可避免的會存在缺陷和雜質，對半導體的物性產生影響，因此，每一種半導體的研究都離不開缺陷和雜質的研究，缺陷和雜質物理的研究是半導體物理研究的重要組成部分，也是半導體器件設計、優化和可靠性研究的微觀依據。
前景：
近年來，半導體電子器件和光電器件的原子級TCAD仿真受到廣泛關注，缺陷和雜質性質是原子級仿真需要考慮的重要方面，因此，任何一個半導體器件的TCAD仿真，都有必要先開展缺陷和雜質性質的計算。未來，DASP軟件將成為半導體器件原子級TCAD仿真軟件的重要組成部分，從而構建第一性原理軟件-DASP軟件-器件仿真軟件相結合的多尺度模擬仿真平臺，實現從材料到器件貫通的TCAD仿真設計。
二、亮點與特色
三、模塊及功能
DASP軟件包括4個模塊：
1、熱力學穩定性計算模塊TSC；
DASP四大模塊的功能：
1、熱力學穩定性計算模塊TSC（Thermodynamic Stability Calculation）：讀入半導體晶體結構，開展第一性原理結構和能量計算，并訪問Materials Project等材料基因組數據庫獲取化合物半導體的競爭相信息，根據計算和數據庫下載的結果，確定化合物半導體的關鍵競爭相，計算其熱力學分解能、能使其純相穩定的元素化學勢范圍，可以作為熱力學穩定性判斷和進一步缺陷和雜質性質計算的輸入。
2、缺陷（雜質）能量計算模塊DEC（Defect Energy Calculation）：讀入半導體晶體結構，構建近似立方的超原胞，基于對稱性全面考慮各種缺陷和雜質構型，產生包含缺陷和雜質的超原胞，調用第一性原理軟件開展結構優化、電子結構和能量計算；根據結果預測缺陷和雜質可能的離化帶電狀態，并進一步開展帶電缺陷和雜質的計算。根據第一性原理計算結果和TSC模塊的結果自動計算缺陷的形成能和離化能級，并自動計算各項誤差修正。
3、缺陷（雜質）濃度計算模塊DDC（Defect Density Calculation）：讀入TSC和DEC模塊計算結果，預測不同化學勢和溫度條件下制備的半導體樣品中各類缺陷和雜質的濃度、費米能級位置和載流子濃度，給出其隨元素化學、制備溫度和工作溫度的變化。DDC計算結果可以用于確定半導體的關鍵缺陷和雜質，并與實驗測量的濃度結果對比，為缺陷和雜質、載流子濃度調控提供定量依據。
4、載流子動力學計算模塊CDC（Carrier Dynamics Calculation）：讀入DDC模塊計算結果，確定關鍵的缺陷和雜質，基于費米能級信息確定關鍵的載流子激發態動力學過程，開展聲子和電聲耦合性質計算，據此進一步計算光致發光譜、載流子的輻射和非輻射俘獲截面、速率等參數，結合缺陷和雜質濃度信息計算非平衡少子壽命。
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四、關鍵價值
五、DASP發展歷程
開始新型四元光伏半導體Cu2ZnSnS4的熱力學穩定性和缺陷性質第一性原理計算，開發多元體系元素化學勢穩定范圍計算程序。
開發多元半導體缺陷濃度、載流子濃度和費米能級的計算程序。
開始缺陷形成能和離化能級自動化計算的Fortran程序編寫。
開始缺陷的載流子俘獲截面自動化計算Fortran程序編寫。
開始缺陷形成能和離化能級、缺陷和載流子濃度自動化計算的Python程序編寫、開始基于材料基因組數據庫的熱力學穩定性和元素化學勢范圍計算的Python程序編寫。
合并所有模塊，形成SDASC（Semiconductor Defect ab-initio Simulation Code）軟件，完成軟件簡要說明書及文檔。開始光致發光譜和載流子俘獲截面自動化計算Python程序編寫。
根據推廣應用需求，重新編寫所有模塊，統一輸入文件，正式將軟件命名為DASP（Defect and Dopant ab-initio Simulation Package），完成軟件的介紹論文。（https://arxiv.org/abs/2201.02079）。
與鴻之微公司合作，正式進入商業化模式并發布。
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六、參考文獻
3）Menglin Huang, Shan-Shan Wang, Yu-Ning Wu, Shiyou Chen; Defect physics of ternary semiconductor ZnGeP2 with a high density of anion-cation antisites: A first-principles study, Physical Review Applied, 15, 024035 (2021).
4）Jinchen Wei, Lilai Jiang, Menglin Huang, Yuning Wu, Shiyou Chen, Intrinsic Defect Limit to the Growth of Orthorhombic HfO2 and (Hf,Zr)O2 with Strong Ferroelectricity: First-Principles Insights, Advanced Functional Materials, 31, 2104913 (2021).
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