憶阻器材料特性的第一性原理研究.pdf

1、隨著人們每天處理的信息量呈現(xiàn)出爆炸式增長(zhǎng),傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器正面臨前所未有的高速度、大容量及多樣化需求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。憶阻器的出現(xiàn)給予了人們新的思路和曙光。憶阻器與傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器相比,以其更高的速度、更大容量、低功耗等存儲(chǔ)特性有望成為下一代信息存儲(chǔ)器件。此外,以其獨(dú)特的非線性電路特性和電荷記憶特性有望實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存與計(jì)算的融合、制備具有神經(jīng)元突觸功能的認(rèn)知器件以及邏輯運(yùn)算等。正是這些優(yōu)點(diǎn),使國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和半導(dǎo)體廠商都視憶阻器為下一代新型電子智能存儲(chǔ)器件

2、。
　　當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)憶阻器的材料、器件及其應(yīng)用等方面進(jìn)行了一系列的研究。然而憶阻器的納米尺度電輸運(yùn)機(jī)制的不確定,導(dǎo)致的憶阻器機(jī)理的認(rèn)識(shí)存在嚴(yán)重的分歧,直接制約了憶阻器的研發(fā)與應(yīng)用。根據(jù)憶阻材料特性,構(gòu)建器件模型,采用理論計(jì)算探討非線性阻變特性并不是很多。本研究基于密度泛函理論和能帶結(jié)構(gòu)理論,使用第一性原理和非平衡格林函數(shù)方法,提出一種憶阻材料模擬方案,并使用AtomistixToolKit(ATK)軟件對(duì)憶阻材料進(jìn)行電子特性計(jì)算模

3、擬,分析憶阻材料納米尺度下的電子輸運(yùn)機(jī)制,探討憶阻器的非線性阻變機(jī)理。
　　根據(jù)提出的憶阻材料模擬方案,分別對(duì)CuOx憶阻材料和硫系化合物憶阻材料進(jìn)行計(jì)算模擬,構(gòu)建Ag電極-CuOx和Ag電極-Ge2Sb2Te5雙電極系統(tǒng)模型。進(jìn)一步使用模型,利用ATK軟件分別對(duì)Ag電極-CuOx和Ag電極-Ge2Sb2Te5兩個(gè)雙電極憶阻系統(tǒng),進(jìn)行憶阻材料電子特性計(jì)算模擬,結(jié)合計(jì)算模擬結(jié)果分析憶阻材料非線性電阻特性。除此之外,分別對(duì)CuOx憶阻

4、材料的CuO和CuOx兩種不同的雙電極系統(tǒng)的I-V特性進(jìn)行計(jì)算模擬,通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)來(lái)分析CuOx憶阻器納米尺度電子輸運(yùn)機(jī)理是由于電極與功能層的接觸在電壓的作用下由于邊界遷移效應(yīng)使得界面接觸由歐姆接觸逐漸改變?yōu)榉菤W姆接觸。第三,對(duì)Ge2Sb2Te5憶阻材料進(jìn)行Ag電極-Ge2Sb2Te5晶態(tài)與非晶態(tài)雙電極系統(tǒng)I-V特性進(jìn)行計(jì)算模擬,通過(guò)計(jì)算模擬得出Ge2Sb2Te5憶阻材料機(jī)理,由于存在Ge2Sb2Te5憶阻材料大量的空位,在發(fā)生缺陷效應(yīng)下