Al掺杂优化HfO2俘获层：提升CTM可靠性与耐擦写的理论研究

该研究论文探讨了"Effect of Al doping on the reliability of HfO2 as a trapping layer: First-principles study"，主要关注铝掺杂对二氧化铪（HfO2）作为电荷捕获记忆（Charge Trapping Memory, CTM）中的陷阱层可靠性的影响。文章利用第一性原理方法，结合Materials Studio软件和密度泛函理论，对单斜晶HfO2中的四配位氧空位（VO4）缺陷以及与铝掺杂的VO4-Hf复合缺陷（Al+VO4）进行了深入研究。 首先，作者通过结构优化分析发现，当两种缺陷之间的距离约为2.216 Å时，共存缺陷体的结构最为稳定，缺陷形成的可能性较大。接着，计算结果显示，相比于单一的VO4缺陷，共存缺陷体表现出双性俘获特性，其俘获能显著增加，这有利于提高存储器的保持特性。Bader电荷分析进一步证实，共存缺陷体有利于电荷的长期保留，表明它在存储性能上具有优势。 态密度的计算显示，共存缺陷体对空穴的局部能级影响更为显著，可能增强了存储区域的选择性和稳定性。此外，论文还比较了两种模型在执行擦写操作前后能量变化，发现共存缺陷体的耐擦写性得到显著提升，这对于减少信息在编程/擦除过程中的损失，提高存储器的可靠性至关重要。 该研究为改善CTM的记忆保持时间和抗擦写能力提供了理论支持，对于发展下一代非易失性存储器，特别是基于高介电常数材料的CTM，具有实际应用价值。通过调控Al掺杂，可以作为一种有效手段来优化HfO2作为陷阱层的性能，这对于微电子器件的性能提升和存储技术的发展具有重要意义。