發(fā)布時(shí)間：2020-05-17 02:41

【摘要】：由于信息化社會(huì)的高速深入發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)高密度、低成本、高可靠性的存儲(chǔ)硬件要求越來越嚴(yán)苛。憶阻器作為最具潛力的下一代非易失存儲(chǔ)器,具有高速擦寫、低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于3D集成、邏輯運(yùn)算、與現(xiàn)有CMOS工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)。其優(yōu)越的性能使得信息的存儲(chǔ)與處理合為一體成為可能,有望突破現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)存算分離架構(gòu)。此外,憶阻器的可多值阻變調(diào)控,必將使其在未來神經(jīng)形態(tài)計(jì)算中大放異彩。清晰的阻變機(jī)制是實(shí)現(xiàn)高性能存儲(chǔ)和計(jì)算功能調(diào)控的首要科學(xué)問題。目前,憶阻器的阻變物理機(jī)理認(rèn)識(shí)尚未清晰,嚴(yán)重的制約高性能憶阻器的制備和調(diào)控。HfO_2以其優(yōu)異的阻變性能和CMOS工藝兼容等優(yōu)勢(shì)是眾多憶阻材料中最有希望產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的憶阻器阻變材料。目前,HfO_2最常見的電阻轉(zhuǎn)變機(jī)制為導(dǎo)電絲通斷機(jī)制,本研究利用第一性原理來探究不同導(dǎo)電絲類型的理論建模和電輸運(yùn)計(jì)算,以期為憶阻器的制備和性能調(diào)控提供理論指導(dǎo)。本文利用密度泛函理論結(jié)合非平衡格林函數(shù)的方法計(jì)算導(dǎo)電絲型HfOx憶阻器的電子透射譜和伏安特性曲線。分別構(gòu)建了無缺陷HfO_2模型、氧空位鏈導(dǎo)電絲模型,Hf金屬絲模型、高導(dǎo)電相導(dǎo)電絲模型。通過修正空穴自能勢(shì)的GGA-1/2方法可更加準(zhǔn)確的計(jì)算出半導(dǎo)體體系的帶隙,準(zhǔn)確的帶隙計(jì)算確保了Pt/HfOx/Pt模型準(zhǔn)確的界面肖特基勢(shì)壘及偏壓下的電流。進(jìn)一步,討論了不同含量的間隙氧對(duì)界面勢(shì)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(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

日新月異的時(shí)代，而驅(qū)動(dòng)這個(gè)時(shí)代發(fā)展的息化社會(huì)的基石，，存儲(chǔ)器的發(fā)展影響著人隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件逐漸目前計(jì)算機(jī)采用的“馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)墻”問題制約了信息處理的速度，發(fā)展存點(diǎn)。流產(chǎn)品是閃存（Flash），它不僅功耗小、隨著移動(dòng)電子設(shè)備和 SSD（Solid State Dis他的存儲(chǔ)器牢牢占據(jù)著榜首，2015 年占據(jù)也漸漸滿足不了人們嚴(yán)苛的需求，于是業(yè)半導(dǎo)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(dǎo)致其可提升的空間不大

薛堪豪[27]等在討論 HfOx 憶阻器導(dǎo)電細(xì)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(dǎo)電細(xì)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(dǎo)電細(xì)絲，如圖中綠色的部分。所建模型中每根導(dǎo)電細(xì)絲間的影響可以忽略不計(jì)。1-2 左圖給出了不同橫向尺寸的導(dǎo)電細(xì)絲的電子態(tài)密度。以看出在導(dǎo)電細(xì)絲橫向尺寸很小的情況下導(dǎo)電細(xì)絲為非導(dǎo)電態(tài)，只有當(dāng)橫向面積于 0.4nm2時(shí)導(dǎo)電細(xì)絲才起到導(dǎo)電作用。Celano[28]等利用導(dǎo)電原子力顯微鏡 AFM(conductive atomic force microscopy)研究雙極性 Hf/HfO2/TiN 阻變存儲(chǔ)器導(dǎo)電絲的性質(zhì)，直接觀察到錐形導(dǎo)電細(xì)絲，在活性電極的一端導(dǎo)電細(xì)絲的橫截面積38.9nm2,在惰性電極的一端只有 7.8nm2，說明計(jì)算結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)到的導(dǎo)電細(xì)絲尺寸有一定的差異。這可以解釋為，在實(shí)際情況中 Hf 金屬容易聚集在一塊，橫向寸大的金屬細(xì)絲的能量更低，更加穩(wěn)定。而計(jì)算得到的結(jié)果只是導(dǎo)電細(xì)絲可以將功層轉(zhuǎn)換為金屬態(tài)的最小橫向面積。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：2667793