Ag掺杂TiO₂阻变特性的理论研究

摘要

阻变随机存储器（RRAM）是一种非易失性存储器。相比于传统的存储器，阻变随机存储器的读写速度和存储性能都实现了重大突破，是公认的新一代主流存储器。但是以TiO₂等金属氧化物为衬底的阻变随机存储器还存在阻变机制不清楚的问题。采用基于密度泛函理论的第一性原理，研究了Ag掺杂TiO₂的阻变特性，研究表明[001]、[110]、[011]、[111]四个方向的形成能和表面能均为负，最容易沉积形成表面。[011]、[111]方向最高势能面最大，电荷容易集聚，临界势能面同样最大，容易形成导电细丝。同时[011]、[111]方向的扩散势垒最小，容易形成导电通道。[011]和[111]方向的禁带宽度明显小于[001]和[110]方向，且存在明显的轨道杂化，容易在特定方向形成导电细丝。[011][111]两个方向上的电子和空穴有效质量约为[001][110]两个方向的2/3,而迁移率约为[001][110]方向的1.5～2倍，因此在外电场作用下更容易形成导电细丝。[011]和[111]方向电导率增长迅速，是实现阻变特性的理想方向。本文的研究结果可为改善以TiO₂为衬底的阻变随机存储器的性能提供理论指导。

关键词

阻变随机存储器 / 导电细丝 / TiO₂ / 扩散势垒 / 第一性原理