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基于HfO2的阻变存储器中Ag导电细丝方向和浓度的第一性原理研究

代月花 潘志勇 陈真 王菲菲 李宁 金波 李晓风

基于HfO2的阻变存储器中Ag导电细丝方向和浓度的第一性原理研究

代月花, 潘志勇, 陈真, 王菲菲, 李宁, 金波, 李晓风
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了基于HfO2的阻变存储器中Ag 导电细丝浓度以及方向性. 通过计算Ag杂质5种方向模型的分波电荷态密度等势面图、形成能、 迁移势垒和分波电荷态密度最高等势面值, 发现[-111]方向最有利于Ag导电细丝的形成, 这对器件的开启电压、形成电压和开关比有很大影响. 本文基于最佳的[-111]导电细丝方向, 设计了4 种Ag 浓度结构. 计算4种Ag浓度结构的分波电荷态密度等势面图, 得出Ag浓度低于4.00 at.% 时晶胞结构中无导电细丝形成且无阻变现象. 当Ag浓度从4.00 at.%增加到4.95 at.% 时, 晶胞结构中发现有导电细丝形成, 表明Ag浓度高于4.00 at.%时, 晶胞中可以发生阻变现象. 然而, 通过进一步对比计算这两种晶胞结构中Ag的形成能、分波电荷态密度最高等势面值、总态密度与Ag的投影态密度发现, Ag浓度越大, 导电细丝却不稳定, 并且不利于提高阻变存储器的开关比. 本文的研究结果可为改善基于HfO2的阻变存储器的性能提供一定理论指导.
      通信作者: 潘志勇, 1010888283@qq.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61376106)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-10
  • 修回日期:  2016-01-21
  • 刊出日期:  2016-04-05

基于HfO2的阻变存储器中Ag导电细丝方向和浓度的第一性原理研究

  • 1. 安徽大学电子信息工程学院, 合肥 230601;
  • 2. 中国科学院合肥物质科学研究院信息中心, 合肥 230031
  • 通信作者: 潘志勇, 1010888283@qq.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61376106)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了基于HfO2的阻变存储器中Ag 导电细丝浓度以及方向性. 通过计算Ag杂质5种方向模型的分波电荷态密度等势面图、形成能、 迁移势垒和分波电荷态密度最高等势面值, 发现[-111]方向最有利于Ag导电细丝的形成, 这对器件的开启电压、形成电压和开关比有很大影响. 本文基于最佳的[-111]导电细丝方向, 设计了4 种Ag 浓度结构. 计算4种Ag浓度结构的分波电荷态密度等势面图, 得出Ag浓度低于4.00 at.% 时晶胞结构中无导电细丝形成且无阻变现象. 当Ag浓度从4.00 at.%增加到4.95 at.% 时, 晶胞结构中发现有导电细丝形成, 表明Ag浓度高于4.00 at.%时, 晶胞中可以发生阻变现象. 然而, 通过进一步对比计算这两种晶胞结构中Ag的形成能、分波电荷态密度最高等势面值、总态密度与Ag的投影态密度发现, Ag浓度越大, 导电细丝却不稳定, 并且不利于提高阻变存储器的开关比. 本文的研究结果可为改善基于HfO2的阻变存储器的性能提供一定理论指导.

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