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阻变存储器复合材料界面及电极性质研究

杨金 周茂秀 徐太龙 代月花 汪家余 罗京 许会芳 蒋先伟 陈军宁

阻变存储器复合材料界面及电极性质研究

杨金, 周茂秀, 徐太龙, 代月花, 汪家余, 罗京, 许会芳, 蒋先伟, 陈军宁
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理对比研究了Cu(111)/HfO2(001),Cu(111)/HfO2(010),Cu(111)/HfO2(100)三种复合材料界面模型的失配率、界面束缚能、电荷密度、电子局域函数以及差分电荷密度. 计算结果表明:Cu(111)/HfO2(010)失配率最小,界面束缚能最大,界面体系相对最稳定;对比电荷密度及电子局域函数图显示,只有HfO2(010)方向形成的复合材料体系出现了垂直Cu电极方向完整连通的电子通道,表明电子在此方向上具有局域性、连通性,与阻变存储器(RRAM)器件导通方向一致;差分电荷密度图显示,Cu(111)/HfO2(010)复合材料体系界面处存在电荷密度分布重叠的现象,界面处有电子的相互转移、成键的存在;进一步计算了Cu(111)/HfO2(010)体系距离界面不同位置的间隙Cu原子形成能,表明越靠近界面Cu原子越容易进入HfO2 体内,在外加电压下易发生电化学反应,从而导致Cu导电细丝的形成与断裂. 研究结果可为RRAM存储器的制备及性能的提高提供理论指导和设计工具.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61376106)、国家核高基重大科技专项子课题(批准号:2009ZX01031-001-004,2010ZX01030-001-001-004)和安徽大学青年科学研究基金(批准号:KJQN1011)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-09-02
  • 修回日期:  2013-09-24
  • 刊出日期:  2013-12-20

阻变存储器复合材料界面及电极性质研究

  • 1. 安徽大学电子信息工程学院, 合肥 230601;
  • 2. 淮北师范大学物理与电子信息学院, 淮北 235000
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61376106)、国家核高基重大科技专项子课题(批准号:2009ZX01031-001-004,2010ZX01030-001-001-004)和安徽大学青年科学研究基金(批准号:KJQN1011)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理对比研究了Cu(111)/HfO2(001),Cu(111)/HfO2(010),Cu(111)/HfO2(100)三种复合材料界面模型的失配率、界面束缚能、电荷密度、电子局域函数以及差分电荷密度. 计算结果表明:Cu(111)/HfO2(010)失配率最小,界面束缚能最大,界面体系相对最稳定;对比电荷密度及电子局域函数图显示,只有HfO2(010)方向形成的复合材料体系出现了垂直Cu电极方向完整连通的电子通道,表明电子在此方向上具有局域性、连通性,与阻变存储器(RRAM)器件导通方向一致;差分电荷密度图显示,Cu(111)/HfO2(010)复合材料体系界面处存在电荷密度分布重叠的现象,界面处有电子的相互转移、成键的存在;进一步计算了Cu(111)/HfO2(010)体系距离界面不同位置的间隙Cu原子形成能,表明越靠近界面Cu原子越容易进入HfO2 体内,在外加电压下易发生电化学反应,从而导致Cu导电细丝的形成与断裂. 研究结果可为RRAM存储器的制备及性能的提高提供理论指导和设计工具.

English Abstract

参考文献 (32)

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