In this dissertation, we present a multi-scale simulation method for the efficient calculation of semiconductor nanostructures that are too large to handle fully first-principles calculations. Firstly, recently an effective mass approximation method based on atomistic density functional theory calculations results such as dielectric constants, effective mass, Kohn-Sham potential was published. Here, we report a grid-based multi-scale simulation method applied to the prediction of optical gaps in quantum dots, nanorods, and nanoplatelets by further expanding the first-principles-derived effective mass approximation. Furthermore, we developed a grid-based adaptive mesh refinement for multi-scale simulation We anticipate that this study will become a cornerstone for multi-scale simulations that are difficult to apply fully first-principle calculations.
본 학위 논문에서는 제1원리 계산으로 처리하기에 너무 큰 반도체 나노구조의 효율적인 계산을 위한 멀티스케일 시뮬레이션 방법론을 제시한다. 먼저 기존의 발표된 밀도범함수 계산을 통해 유효질량, 유전상수, 콘-샴 포텐셜을 유효질량 근사방법론에 도입하는 제1원리 기반 유효질량 근사방법론을 추가 확장개발하여 양자점, 나노막대, 나노판에 광학갭 예측에 적용되는 그리드 기반 멀티 스케일 시뮬레이션 방법론을 보고한다. 이와 더불어 멀티스케일 시뮬레이션을 위한 그리드 기반 적응형 메쉬 개선을 개발하였다. 우리는 본 연구가 제1원리 계산을 적용하기 어려운 멀티스케일 시뮬레이션을 위한 초석이 될 것으로 기대한다.
