【摘要】：由于信息化社會的高速深入發(fā)展,市場對高密度、低成本、高可靠性的存儲硬件要求越來越嚴苛。憶阻器作為最具潛力的下一代非易失存儲器,具有高速擦寫、低功耗、結構簡單、易于3D集成、邏輯運算、與現有CMOS工藝相兼容等優(yōu)點。其優(yōu)越的性能使得信息的存儲與處理合為一體成為可能,有望突破現有的計算機存算分離架構。此外,憶阻器的可多值阻變調控,必將使其在未來神經形態(tài)計算中大放異彩。清晰的阻變機制是實現高性能存儲和計算功能調控的首要科學問題。目前,憶阻器的阻變物理機理認識尚未清晰,嚴重的制約高性能憶阻器的制備和調控。HfO_2以其優(yōu)異的阻變性能和CMOS工藝兼容等優(yōu)勢是眾多憶阻材料中最有希望產業(yè)化應用的憶阻器阻變材料。目前,HfO_2最常見的電阻轉變機制為導電絲通斷機制,本研究利用第一性原理來探究不同導電絲類型的理論建模和電輸運計算,以期為憶阻器的制備和性能調控提供理論指導。本文利用密度泛函理論結合非平衡格林函數的方法計算導電絲型HfOx憶阻器的電子透射譜和伏安特性曲線。分別構建了無缺陷HfO_2模型、氧空位鏈導電絲模型,Hf金屬絲模型、高導電相導電絲模型。通過修正空穴自能勢的GGA-1/2方法可更加準確的計算出半導體體系的帶隙,準確的帶隙計算確保了Pt/HfOx/Pt模型準確的界面肖特基勢壘及偏壓下的電流。進一步,討論了不同含量的間隙氧對界面勢壘的影響。這些電傳輸模型的深入研究必將為高性能憶阻器的研制提供堅實的理論基礎。
【圖文】：

日新月異的時代，而驅動這個時代發(fā)展的息化社會的基石，，存儲器的發(fā)展影響著人隨著半導體行業(yè)的發(fā)展，半導體器件逐漸目前計算機采用的“馮·諾依曼體系結構墻”問題制約了信息處理的速度，發(fā)展存點。流產品是閃存（Flash），它不僅功耗小、隨著移動電子設備和 SSD（Solid State Dis他的存儲器牢牢占據著榜首，2015 年占據也漸漸滿足不了人們嚴苛的需求，于是業(yè)半導體各大巨頭三星、英特爾等都推出了主研發(fā) 32 層 3D NAND 閃存芯片也開始投擦寫電壓較高，導致其可提升的空間不大

薛堪豪[27]等在討論 HfOx 憶阻器導電細絲尺寸方面做出了大量的工作。他們立了橫向直徑不同的導電細絲，如 1-2 右圖所示。在相同的單斜 HfO2超胞中，沿軸缺少氧原子的路徑作為導電細絲，如圖中綠色的部分。所建模型中每根導電細絲間的影響可以忽略不計。1-2 左圖給出了不同橫向尺寸的導電細絲的電子態(tài)密度。以看出在導電細絲橫向尺寸很小的情況下導電細絲為非導電態(tài)，只有當橫向面積于 0.4nm2時導電細絲才起到導電作用。Celano[28]等利用導電原子力顯微鏡 AFM(conductive atomic force microscopy)研究雙極性 Hf/HfO2/TiN 阻變存儲器導電絲的性質，直接觀察到錐形導電細絲，在活性電極的一端導電細絲的橫截面積38.9nm2,在惰性電極的一端只有 7.8nm2，說明計算結果與實際觀測到的導電細絲尺寸有一定的差異。這可以解釋為，在實際情況中 Hf 金屬容易聚集在一塊，橫向寸大的金屬細絲的能量更低，更加穩(wěn)定。而計算得到的結果只是導電細絲可以將功層轉換為金屬態(tài)的最小橫向面積。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP333

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本文編號：2667793