Machine learning for impurity charge-state transition levels in semiconductors from elemental properties using multi-fidelity datasets

密度泛函理论 半导体 混合功能 计算机科学 忠诚 均方误差 光伏 材料科学 计算物理学 带隙 杂质 人工智能 算法 机器学习 统计物理学 物理 光电子学 数学 量子力学 工程类 统计 光伏系统 电气工程 电信
作者
Maciej P. Polak,Ryan Jacobs,Arun Mannodi‐Kanakkithodi,Maria K. Y. Chan,Dane Morgan
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:156 (11) 被引量:13
标识
DOI:10.1063/5.0083877
摘要

Quantifying charge-state transition energy levels of impurities in semiconductors is critical to understanding and engineering their optoelectronic properties for applications ranging from solar photovoltaics to infrared lasers. While these transition levels can be measured and calculated accurately, such efforts are time-consuming and more rapid prediction methods would be beneficial. Here, we significantly reduce the time typically required to predict impurity transition levels using multi-fidelity datasets and a machine learning approach employing features based on elemental properties and impurity positions. We use transition levels obtained from low-fidelity (i.e., local-density approximation or generalized gradient approximation) density functional theory (DFT) calculations, corrected using a recently proposed modified band alignment scheme, which well-approximates transition levels from high-fidelity DFT (i.e., hybrid HSE06). The model fit to the large multi-fidelity database shows improved accuracy compared to the models trained on the more limited high-fidelity values. Crucially, in our approach, when using the multi-fidelity data, high-fidelity values are not required for model training, significantly reducing the computational cost required for training the model. Our machine learning model of transition levels has a root mean squared (mean absolute) error of 0.36 (0.27) eV vs high-fidelity hybrid functional values when averaged over 14 semiconductor systems from the II-VI and III-V families. As a guide for use on other systems, we assessed the model on simulated data to show the expected accuracy level as a function of bandgap for new materials of interest. Finally, we use the model to predict a complete space of impurity charge-state transition levels in all zinc blende III-V and II-VI systems.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
熊雅完成签到,获得积分10
5秒前
Criminology34应助123采纳,获得10
6秒前
罗先斗完成签到,获得积分10
11秒前
Akim应助LYZSh采纳,获得10
15秒前
内向的白玉完成签到 ,获得积分10
15秒前
chun完成签到 ,获得积分10
17秒前
眯眯眼的茉莉完成签到,获得积分10
19秒前
东皇太憨完成签到,获得积分0
20秒前
烧仙草之完成签到 ,获得积分10
23秒前
土豪的摩托完成签到 ,获得积分10
25秒前
Lorry完成签到 ,获得积分10
29秒前
Chris完成签到 ,获得积分10
33秒前
如意的小鸭子完成签到 ,获得积分10
36秒前
英俊的铭应助科研通管家采纳,获得10
37秒前
37秒前
张嘉芬完成签到,获得积分10
37秒前
38秒前
外向不愁完成签到,获得积分20
41秒前
Lianna发布了新的文献求助10
42秒前
有终完成签到 ,获得积分10
44秒前
mw完成签到 ,获得积分10
50秒前
沉默念瑶完成签到 ,获得积分10
50秒前
畅快小霸王完成签到,获得积分10
50秒前
Kelly完成签到,获得积分10
51秒前
Eugenia完成签到,获得积分10
51秒前
科研通AI2S应助Eugenia采纳,获得10
55秒前
汉堡包应助怡然的老五采纳,获得30
58秒前
EvianLee完成签到 ,获得积分10
58秒前
1分钟前
听寒完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
林夕完成签到 ,获得积分10
1分钟前
星辰大海应助健壮念寒采纳,获得10
1分钟前
...完成签到,获得积分10
1分钟前
FashionBoy应助Seraph采纳,获得10
1分钟前
livra1058完成签到,获得积分10
1分钟前
strama完成签到,获得积分10
1分钟前
健壮念寒完成签到,获得积分20
1分钟前
Yangyang完成签到,获得积分10
1分钟前
111完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
PowerCascade: A Synthetic Dataset for Cascading Failure Analysis in Power Systems 2000
Various Faces of Animal Metaphor in English and Polish 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Unlocking Chemical Thinking: Reimagining Chemistry Teaching and Learning 555
Photodetectors: From Ultraviolet to Infrared 500
On the Dragon Seas, a sailor's adventures in the far east 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6355729
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8170509
关于积分的说明 17200973
捐赠科研通 5411733
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2864357
邀请新用户注册赠送积分活动 1841893
关于科研通互助平台的介绍 1690224