价态变化存储器中场致阻变切换的原子尺度模型
无序系统与神经网络
2023-01-02 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
在价态变化存储器(VCM)单元中，绝缘切换层的电导通过在外场下产生并重新分布点缺陷而被可逆地调制。由于这些器件通常具有无序的原子结构和不均匀的缺陷排布，对其切换动力学进行精确模拟可能十分困难。为此，我们引入了一种用于建模VCM单元的原子尺度框架。该框架将用于原子重排的随机动力学蒙特卡洛(Kinetic Monte Carlo)方法与量子输运方案相结合，二者均利用密度泛函理论(DFT)的输入在ab-initio层面进行参数化。这些步骤均直接作用于底层原子结构。因此，该模型将器件的能量 landscape 与电子结构直接关联到其切换特性。我们将该模型应用于模拟TiN/HfO2/Ti/TiN叠层中高阻态与低阻态之间的非易失性切换，并分析了电导跃迁的动力学与随机性。我们还揭示了由价态变化机制引起的电流流动的原子本质，发现导电通路形成于邻近氧空位的低配位Hf原子之间。本文开发的模型可应用于不同材料体系，以评估其阻变切换潜力，既可用作常规存储单元，也可用作神经形态计算基元。
引用
@article{arxiv.2212.14090,
title = {An Atomistic Model of Field-Induced Resistive Switching in Valence Change Memory},
author = {Manasa Kaniselvan and Mathieu Luisier and Marko Mladenović},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.14090},
year = {2023}
}