HfO₂中间隙氧缺陷特性第一性原理研究

代广珍^1,2，罗京¹，汪家余¹，杨金¹，蒋先伟¹，刘琦³，代月花¹，陈军宁¹

1. 安徽大学电子信息工程学院2. 安徽工程大学电气工程学院3. 中国科学院微电子研究所

摘 要：运用第一性原理计算研究了HfO2中间隙氧缺陷的特性。对HfO2中不同位置的间隙氧缺陷的形成能进行了计算,找出了最稳定的间隙氧缺陷位置,并对该位置缺陷计算了缺陷能级、态密度(DOS)和电荷俘获能;另外,还计算了间隙氧缺陷之间的距离对HfO2性质的影响。计算结果显示间隙氧缺陷能够同时俘获电子和空穴,具有两性特征;俘获的电荷主要聚集在间隙氧和最近邻氧原子附近;间隙氧之间距离增大会使得缺陷之间由吸引变为排斥,排斥力随距离继续增大而减小,并且缺陷引入的受主能级量子态数显著增加,这有利于空穴隧穿电流增大,可以用来实现存储层电荷的快速擦除。

关键词：第一性原理;形成能;态密度;电荷俘获能;量子态;