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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.
    [1]

    Waser R, Dittmann R, Staikov G, Szot K 2009 Adv. Mater. 21 2632

    [2]

    Li Y T, L H B, Liu Q, Long S B, Wang M, Xie H W Zhang K W, Huo Z L, Liu M 2013 Nanoscale 5 4785

    [3]

    Yang J J, Zhang M X, Strachan J P, Miao F, Pickett M D, Kelley R D, Medeiros-Ribeiro G, Williams R S 2010 Appl. Phys. Lett. 97 232102

    [4]

    Syu Y E, Chang T C, Tsai T M, Hung Y C, Chang K C, Tsai M J, Ming-Jer K, Sze S M 2011 IEEE Electron Device Lett. 32 545

    [5]

    Zhu X J, Su W J, Liu Y W, Hu B L, Pan L, Lu W, Zhang J D, Li R W 2012 Adv. Mater. 24 3941

    [6]

    Zhang M Y, Long S B, Wang G M, Xu X X, Li Y, Liu Q, L H B, Lian X J, Miranda E, Sune J, Liu M 2014 Appl. Phys. Lett. 105 193501

    [7]

    Sun H T, Liu Q, Long S B, L H B, Banerjee W, Liu M 2014 J. Appl. Phys. 116 154509

    [8]

    Kim J, Na H, Lee S, Sung Y H, Yoo J H, Lee D S, Ko D H, Sohn H 2011 Curr. Appl. Phys. 11 e70

    [9]

    Li Y T, Long S B, L H B, Liu Q, Wang Q, Wang Y, Zhang S, Lian W T, Liu S, Liu M 2011 Chin. Phys. B 20 017305

    [10]

    Terabe K, Hasegawa T, Nakayama T 2005 Nature 433 47

    [11]

    Watanabe Y, Bednorz J G, Bietsch A, Gerber C, Widmer D, Beck A 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3738

    [12]

    Hickmott T W 1964 J. Appl. Phys. 35 2118

    [13]

    Schindler C, Staikov G, Waser R 2009 Appl. Phys. Lett. 94 072109

    [14]

    Yun J B, Kim S, Seo S, Lee M J, Kim D C 2007 J. Phys. Status Solidi-R 1 280

    [15]

    Jang J, Pan F, Braam K, Subramanian V 2012 Adv. Mater. 24 3573

    [16]

    Yang Y C, Pan F, Liu Q, Liu M, Zeng F 2009 Nano Lett. 9 1636

    [17]

    Wang Y, Liu Q, Long S, Wang W, Wang Q 2010 Nanotech. 21 045202

    [18]

    Sun H T, Liu Q, Li C F, Long S B, L H B, Bi C, Huo Z L, Li L, Liu M 2014 Adv. Funct. Mater. 24 5679

    [19]

    Sleiman A, Sayers P W, Mabrook M F 2013 J. Appl. Phys 113 164506

    [20]

    Xiao B, Gu T, Tada T, Watanabe S 2014 J. Appl. Phys. 115 34503

    [21]

    Lu J L, Luo J, Zhao H P, Yang J, Jiang X W, Liu Q, Li X F, Dai Y H 2014 J. Semicond. 35 013001

    [22]

    Pandey S C, Meade R, Sandhu G S 2015 J. Appl. Phys. 117 054504

    [23]

    Li J C, Hou X Y, Cao Q 2014 J. Appl. Phys. 115 164507

    [24]

    Valov I, Staikov G 2013 J. Solid State Electrochem. 17 365

    [25]

    Liu Q, Long S B, L H B, Wang W, Niu J B, Huo Z L, Chen J N, Liu M 2010 Acs Nano 4 6162

    [26]

    Yang Y C, Gao P, Gaba S, Chang T, Pan X Q, Lu W 2012 Nat. Commun. 3 732

    [27]

    Hann R E, Suitch P R, Pentecost J L 1985 J. Am. Ceram. Soc. 68 C-285

    [28]

    Kresse G, Furthmller J 1996 Comp. Mater. Sci. 6 15

    [29]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [30]

    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

    [31]

    Delley B 2000 J. Chem. Phys. 113 7756

    [32]

    Liu J C, Zhang X M, Chen M A, Tang J G, Liu S D 2010 Acta Phys. Sin. 59 5641 (in Chinese) [刘建才, 张新明, 陈明安, 唐建国, 刘胜胆 2010 物理学报 59 5641]

    [33]

    Govind N, Petersen M, Fitzgerald G, King-Smith D, Andzelm J 2003 Comp. Mater. Sci. 28 250

    [34]

    Zhou M Y, Zhao Q, Zhang W, Liu Q, Dai Y H 2012 J. Semicond. 33 072002

  • [1]

    Waser R, Dittmann R, Staikov G, Szot K 2009 Adv. Mater. 21 2632

    [2]

    Li Y T, L H B, Liu Q, Long S B, Wang M, Xie H W Zhang K W, Huo Z L, Liu M 2013 Nanoscale 5 4785

    [3]

    Yang J J, Zhang M X, Strachan J P, Miao F, Pickett M D, Kelley R D, Medeiros-Ribeiro G, Williams R S 2010 Appl. Phys. Lett. 97 232102

    [4]

    Syu Y E, Chang T C, Tsai T M, Hung Y C, Chang K C, Tsai M J, Ming-Jer K, Sze S M 2011 IEEE Electron Device Lett. 32 545

    [5]

    Zhu X J, Su W J, Liu Y W, Hu B L, Pan L, Lu W, Zhang J D, Li R W 2012 Adv. Mater. 24 3941

    [6]

    Zhang M Y, Long S B, Wang G M, Xu X X, Li Y, Liu Q, L H B, Lian X J, Miranda E, Sune J, Liu M 2014 Appl. Phys. Lett. 105 193501

    [7]

    Sun H T, Liu Q, Long S B, L H B, Banerjee W, Liu M 2014 J. Appl. Phys. 116 154509

    [8]

    Kim J, Na H, Lee S, Sung Y H, Yoo J H, Lee D S, Ko D H, Sohn H 2011 Curr. Appl. Phys. 11 e70

    [9]

    Li Y T, Long S B, L H B, Liu Q, Wang Q, Wang Y, Zhang S, Lian W T, Liu S, Liu M 2011 Chin. Phys. B 20 017305

    [10]

    Terabe K, Hasegawa T, Nakayama T 2005 Nature 433 47

    [11]

    Watanabe Y, Bednorz J G, Bietsch A, Gerber C, Widmer D, Beck A 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3738

    [12]

    Hickmott T W 1964 J. Appl. Phys. 35 2118

    [13]

    Schindler C, Staikov G, Waser R 2009 Appl. Phys. Lett. 94 072109

    [14]

    Yun J B, Kim S, Seo S, Lee M J, Kim D C 2007 J. Phys. Status Solidi-R 1 280

    [15]

    Jang J, Pan F, Braam K, Subramanian V 2012 Adv. Mater. 24 3573

    [16]

    Yang Y C, Pan F, Liu Q, Liu M, Zeng F 2009 Nano Lett. 9 1636

    [17]

    Wang Y, Liu Q, Long S, Wang W, Wang Q 2010 Nanotech. 21 045202

    [18]

    Sun H T, Liu Q, Li C F, Long S B, L H B, Bi C, Huo Z L, Li L, Liu M 2014 Adv. Funct. Mater. 24 5679

    [19]

    Sleiman A, Sayers P W, Mabrook M F 2013 J. Appl. Phys 113 164506

    [20]

    Xiao B, Gu T, Tada T, Watanabe S 2014 J. Appl. Phys. 115 34503

    [21]

    Lu J L, Luo J, Zhao H P, Yang J, Jiang X W, Liu Q, Li X F, Dai Y H 2014 J. Semicond. 35 013001

    [22]

    Pandey S C, Meade R, Sandhu G S 2015 J. Appl. Phys. 117 054504

    [23]

    Li J C, Hou X Y, Cao Q 2014 J. Appl. Phys. 115 164507

    [24]

    Valov I, Staikov G 2013 J. Solid State Electrochem. 17 365

    [25]

    Liu Q, Long S B, L H B, Wang W, Niu J B, Huo Z L, Chen J N, Liu M 2010 Acs Nano 4 6162

    [26]

    Yang Y C, Gao P, Gaba S, Chang T, Pan X Q, Lu W 2012 Nat. Commun. 3 732

    [27]

    Hann R E, Suitch P R, Pentecost J L 1985 J. Am. Ceram. Soc. 68 C-285

    [28]

    Kresse G, Furthmller J 1996 Comp. Mater. Sci. 6 15

    [29]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [30]

    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

    [31]

    Delley B 2000 J. Chem. Phys. 113 7756

    [32]

    Liu J C, Zhang X M, Chen M A, Tang J G, Liu S D 2010 Acta Phys. Sin. 59 5641 (in Chinese) [刘建才, 张新明, 陈明安, 唐建国, 刘胜胆 2010 物理学报 59 5641]

    [33]

    Govind N, Petersen M, Fitzgerald G, King-Smith D, Andzelm J 2003 Comp. Mater. Sci. 28 250

    [34]

    Zhou M Y, Zhao Q, Zhang W, Liu Q, Dai Y H 2012 J. Semicond. 33 072002

  • [1] 徐贤达, 赵磊, 孙伟峰. 石墨烯纳米网电导特性的能带机理第一原理. 物理学报, 2020, 69(4): 047101. doi: 10.7498/aps.69.20190657
    [2] 张战刚, 雷志锋, 童腾, 李晓辉, 王松林, 梁天骄, 习凯, 彭超, 何玉娟, 黄云, 恩云飞. 14 nm FinFET和65 nm平面工艺静态随机存取存储器中子单粒子翻转对比. 物理学报, 2020, 69(5): 056101. doi: 10.7498/aps.69.20191209
    [3] 赵建宁, 刘冬欢, 魏东, 尚新春. 考虑界面接触热阻的一维复合结构的热整流机理. 物理学报, 2020, 69(5): 056501. doi: 10.7498/aps.69.20191409
    [4] 周瑜, 操礼阳, 马晓萍, 邓丽丽, 辛煜. 脉冲射频容性耦合氩等离子体的发射探针诊断. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191864
    [5] 黄永峰, 曹怀信, 王文华. 共轭线性对称性及其对\begin{document}$ {\mathcal{P}}{\mathcal{T}} $\end{document}-对称量子理论的应用. 物理学报, 2020, 69(3): 030301. doi: 10.7498/aps.69.20191173
    [6] 周峰, 蔡宇, 邹德峰, 胡丁桐, 张亚静, 宋有建, 胡明列. 钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191989
    [7] 王瑜浩, 武保剑, 郭飚, 文峰, 邱昆. 基于非线性光纤环形镜的少模脉冲幅度调制再生器研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191858
    [8] 刘厚通, 毛敏娟. 一种无需定标的地基激光雷达气溶胶消光系数精确反演方法. 物理学报, 2019, 68(7): 074205. doi: 10.7498/aps.68.20181825
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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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