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Al掺杂对HfO2俘获层可靠性影响第一性原理研究

蒋先伟 代广珍 鲁世斌 汪家余 代月花 陈军宁

Al掺杂对HfO2俘获层可靠性影响第一性原理研究

蒋先伟, 代广珍, 鲁世斌, 汪家余, 代月花, 陈军宁
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  • 采用基于MS(Materials Studio)软件和密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了HfO2 俘获层的电荷俘获式存储器(Charge Trapping Memory, CTM)中电荷的保持特性以及耐擦写性. 在对单斜晶HfO2中四配位氧空位(VO4) 缺陷和VO4 与Al替位Hf掺杂的共存缺陷体(Al+VO4)两种超晶胞模型进行优化之后, 分别计算了其相互作用能、形成能、Bader电荷、态密度以及缺陷俘获能. 相互作用能和形成能的计算结果表明共存缺陷体中当两种缺陷之间的距离为2.216 时, 结构最稳定、缺陷最容易形成; 俘获能计算结果表明, 共存缺陷体为双性俘获, 且与VO4缺陷相比, 俘获能显著增大; Bader电荷分析表明共存缺陷体更有利于电荷保持; 态密度的结果说明共存缺陷体对空穴的局域能影响较强; 计算两种模型擦写电子前后的能量变化表明共存缺陷体的耐擦写性明显得到了改善. 因此在HfO2俘获层中可以通过加入Al杂质来改善存储器的保持特性和耐擦写性. 本文的研究可为改善CTM数据保持特性和耐擦写性提供一定的理论指导.
    • 基金项目: 国家自然科学基金面上项目(批准号: 61376106), 国家自然科学基金青年项目(批准号: 21201052), 安徽高校自然科学研究重点项目(批准号: KJ2013A224)和2013安徽高校省级优秀青年重点项目(批准号: 2013SQRL065ZD)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-17
  • 修回日期:  2014-12-11
  • 刊出日期:  2015-05-05

Al掺杂对HfO2俘获层可靠性影响第一性原理研究

  • 1. 安徽大学电子信息工程学院, 安徽省集成电路设计重点实验室, 合肥 230601;
  • 2. 合肥师范学院电子信息工程学院, 合肥 230001
    基金项目: 

    国家自然科学基金面上项目(批准号: 61376106), 国家自然科学基金青年项目(批准号: 21201052), 安徽高校自然科学研究重点项目(批准号: KJ2013A224)和2013安徽高校省级优秀青年重点项目(批准号: 2013SQRL065ZD)资助的课题.

摘要: 采用基于MS(Materials Studio)软件和密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了HfO2 俘获层的电荷俘获式存储器(Charge Trapping Memory, CTM)中电荷的保持特性以及耐擦写性. 在对单斜晶HfO2中四配位氧空位(VO4) 缺陷和VO4 与Al替位Hf掺杂的共存缺陷体(Al+VO4)两种超晶胞模型进行优化之后, 分别计算了其相互作用能、形成能、Bader电荷、态密度以及缺陷俘获能. 相互作用能和形成能的计算结果表明共存缺陷体中当两种缺陷之间的距离为2.216 时, 结构最稳定、缺陷最容易形成; 俘获能计算结果表明, 共存缺陷体为双性俘获, 且与VO4缺陷相比, 俘获能显著增大; Bader电荷分析表明共存缺陷体更有利于电荷保持; 态密度的结果说明共存缺陷体对空穴的局域能影响较强; 计算两种模型擦写电子前后的能量变化表明共存缺陷体的耐擦写性明显得到了改善. 因此在HfO2俘获层中可以通过加入Al杂质来改善存储器的保持特性和耐擦写性. 本文的研究可为改善CTM数据保持特性和耐擦写性提供一定的理论指导.

English Abstract

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