变组分Al对HfO2阻变特性影响:第一性原理研究

作者：代广珍; 姜永召^*; 倪天明; 刘鑫; 鲁麟; 刘琦

来源：Acta Physica Sinica, 2019, 68(11): 73-79.

• HfO2
• 第一性原理
• 间隙Al
• 晶格结构

为了改善HfO2的阻变特性,提高氧空位(VO)导电细丝形成的一致性和均匀性,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了掺杂Al的HfO2阻变材料的微观特性.结果表明,间隙Al (Int-Al)更适合掺入到HfO2中,并且Int-Al与VO相对位置越近,阻变材料趋于稳定的收敛速度越快,形成能越小.不同IntAl浓度对含有VO缺陷的HfO2超胞的影响结果显示,当掺杂Int-Al浓度为4.04%时,分波电荷态密度图能够形成相对较好的电荷通道,最大等势面和临界等势面值均为最高,有利于改善HfO2阻变材料中导电细丝形成的一致性和均匀性;形成能计算结果显示,当Int-Al浓度低于4.04%时形成能变化缓慢,当高于4.04%时则异常增大,表明缺陷体系随Int-Al浓度增大越来越难以形成;进一步研究掺杂Int-Al浓度为4.04%时晶格结构的变化,结果显示缺陷形成能显著降低,有利于形成完美的导电通道.该研究为改善基于HfO2阻变存储材料的性能有一定的借鉴意义.

• 单位
  安徽工程大学; 中国科学院微电子研究所