10月18日下午，由北京大学集成电路学院、微纳电子器件与集成技术全国重点实验室集成电路高精尖创新中心、北京大学国家集成电路产教融合创新平台、集成电路科学与未来技术北京实验室、后摩尔时代微纳电子学科创新引智基地及北京大学校友会半导体分会联合主办的“未名·芯”论坛系列讲座第四十九期在北京大学微纳电子大厦103报告厅成功举行。本期论坛特邀戈登贝尔奖获得者、中国科学院半导体所汪林望研究员，带来了题为《Large Scale Electronic Structure Calculations and Atomic TCAD Simulations》的讲座。北京大学集成电路学院院长蔡一茂、副院长刘晓彦出席，讲座由集成电路学院EDA系主任王润声教授主持。

活动伊始，由院长蔡一茂代表学院向汪林望研究员颁发北京大学客座教授聘任证书。

随后，由汪老师带来精彩讲座。他首先强调了原子级TCAD软件的重要性，指出在器件特征尺寸缩小至纳米级时，量子效应的影响日益显著，因此对新原理、新工艺和新材料的研究亟需基于第一性原理的计算。接着，汪老师介绍了其团队开发的PWmat软件，在不同基组（PAW/GAUSS）和泛函（PBE/HSE）配置下，相较于常用的VASP、CP2K等软件，计算精度和效率得到了显著提升。展示了基于O(N)方法的LS3DF在多GPU环境下能够处理上万个原子尺度的体系，并列举了PWmat在大规模体系、双层魔角结构、WSe2/WS2、MoS2纳米管、浅能级计算、深缺陷多声子非辐射复合、位错缺陷和非晶结构等方面的应用案例，充分体现了PWmat的优越计算效率和较小内存开销。

接着，汪老师介绍了TCAD软件在半导体器件结构中的应用案例，展示了缺陷配置下的电荷俘获速率计算，并利用电荷补丁方法为特定区域（如缺陷或边界）引入电荷补丁，以修正局部电场和电荷密度，从而加速非平衡边界条件下的自洽计算。此外，汪老师还指出原子级TCAD软件在计算GGA FET CV特性方面，与传统连续介质TCAD软件的结果一致。

最后，汪老师介绍了量子输运计算的三种常用方法：NEGF方法、散射态构建方法和波包方法，并展示了团队开发的基于GAUSS基组的NEGF方法（longxunNEGF），以及其在GPU加速下相较于国外商业软件QuantumATK显著提升的计算效率。汪老师的团队还开发了基于散射态和波包方法的量子输运计算程序，并展示了相关计算示例。

讲座结束后，汪老师耐心解答了与会师生关于原子级TCAD仿真在半导体新工艺、新材料和新结构器件探索中的潜在应用问题，探讨了具有长程作用器件内的电荷修补技术，为在场师生带来了深刻的启发。

个人简介：

汪林望，中科院半导体所研究员、北京大学客座教授。长期致力于大规模第一性原理计算方法研究，拥有三十多年的材料计算经验。发展有十几种第一性原理计算方法，开发了商业化软件PWmat。近年专注于原子级别的TCAD方法研究，以及电声相互作用在半导体器件中的影响。美国物理学会会士，获2008年Gordon Bell 奖。发表论文400余篇，h-index 100。