过渡金属元素X(X=Mn,Fe,Co,Ni)掺杂对ZnO基阻变存储器性能的影响

实验表明掺杂是一种改善阻变存储器性能的有效手段，但其物理机理鲜有研究.本文采用第一性原理方法系统研究了过渡金属元素X（X=Mn，Fe，Co，Ni）掺杂对ZnO基阻变存储器中氧空位迁移势垒和形成能的影响.计算结果表明Ni掺杂可同时有效降低+1和+2价氧空位在掺杂原子附近的迁移势垒，X掺杂均减小了氧空位的形成能，特别是掺杂Ni时氧空位的形成能减小最为显著（比未掺杂时减少了64%）.基于该结果制备了未掺杂和Ni掺杂ZnO阻变存储器，研究表明通过掺杂控制体系中氧空位的迁移势垒和形成能，可以有效改善器件的初始化过程、操作电压、保持性等阻变性能.研究结果有助于理解探究影响阻变的微观机制，并可为掺杂提高阻变存储器性能提供一定的理论指导.