Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical PhysicsЖурнал экспериментальной и теоретической физики0044-45103034-641XThe Russian Academy of Sciences69797310.7868/S3034641X25120124ELECTRONIC PROPERTIES OF SOLIDSЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛResearch ArticleATOMNAYa I ELEKTRONNAYa STRUKTURA DEFEKTNYKh KOMPLEKSOV Ni I VAKANSIY KISLORODA V HfO2 I IKh VLIYaNIE NA TRANSPORT ZARYaDA V MEMRISTORAKhАТОМНАЯ И ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА ДЕФЕКТНЫХ КОМПЛЕКСОВ Ni И ВАКАНСИЙ КИСЛОРОДА В HfO2 И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ТРАНСПОРТ ЗАРЯДА В МЕМРИСТОРАХPerevalovT. VПереваловТ. Вtimson@isp.nsc.ruIslamovD. RИсламовД. Рtimson@isp.nsc.ruChernovA. AЧерновА. Аtimson@isp.nsc.ruИнститут физики полупроводников им. А. В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наукНовосибирский государственный университет151220251686VOL 168, NO6 (2025)ТОМ 168, №6 (2025)88288907122025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0044-4510/article/view/697973

--

Работа посвящена теоретическому исследованию в рамках теории функционала плотности атомной и электронной структуры дефектных комплексов, образованных атомами никеля и кислородными вакансиями в HfO2. Рассматриваются как Ni в междоузельной позиции, так и в позиции замещения Hf. Показано, что Ni облегчает образование кислородных вакансий и их кластеризацию. Локализация носителей заряда происходит преимущественно на кислородных вакансиях, тогда как никель оказывает косвенное влияние на транспорт заряда. Комплексы никеля и вакансий кислорода не формируют мелких ловушек. Показано, что филаментарные структуры в виде непрерывных металлических цепочек в HfO2 не обладают металлической проводимостью.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант №24-19-00650.M. Hellenbrand, I. Teck, and J. L. MacManusDriscoll, MRS Communications 14, 1099 (2024).И. В. Бойло, К. Л. Метлов, ЖЭТФ 168, 569 (2025)D. Ielmini and G. Pedretti, Chem. Rev. 125, 5584(2025).Z. Wang, H. Wu, G. W. Burr et al., Nat. Rev. Mat. 5, 173 (2020).D. Y. Lu, X. A. Tran, H. Y. Yu et al., in 2013 IEEE 10th International Conference on ASIC (ASICON 2013), Shenzhen, China (2013), p. 1.X. A. Tran, H. Y. Yu, Y. C. Yeo et al., IEEE Electron Device Lett. 32, 396 (2011).K. Zhang, K. Sun, F. Wang et al., IEEE Electron Device Lett. 36, 1018 (2015).X. A. Tran, W. Zhu, W. J. Liu et al., IEEE Transactions on Electron Devices 60, 391 (2012).M. B. Gonzalez, J. Martin-Martinez, M. Maestro et al., IEEE Transactions on Electron Devices 63, 3116 (2016).A. Rodriguez-Fernandez, S. Aldana, F. Campabadal et al., IEEE Transactions on Electron Devices 64, 3159 (2017).M. J. Yun, D. Lee, S. Kim et al., Mater. Character. 182, 111578 (2021).X. P. Wang, Z. Fang, Z. X. Chen et al., IEEE Electron Device Lett. 34, 508 (2013).K. L. Lin, T. H. Hou, J. Shieh et al., J. App. Phys. 109, 084104 (2011).J. J. Huang, Y. M. Tseng, C. W. Hsu, and T. H. Hou, IEEE Electron Device Lett. 32, 1427 (2011).K. Lahbacha, F. Zayer, H. Belgacem et al., IEEE Open J. Nanotechnol. 2, 111 (2021).F. Zayer, K. Lahbacha, W. Dghais et al., in 2019 IEEE 23rd Workshop on Signal and Power Integrity (SPI), Chamb´ery, France (2019), p. 1.Z. Fakhreddine, K. Lahbacha, A. Melnikov et al., IEEE Transactions on Electron Devices 68, 88 (2020).X. Wu, S. Mei, M. Bosman et al., Advan. Electronic Mater. 1, 1500130 (2015).Y. Yin Chen, G. Pourtois, C. Adelmann et al., Appl. Phys. Lett. 100, 113513 (2012).M. B. Gonzalez, J. M. Raf´ı, O. Beldarrain et al., IEEE Transactions on Device and Mater. Reliability 14, 769 (2014).H. H. Le, W. C. Hong, J. W. Du et al., in 2020 4th IEEE Electron Devices Technology and Manufacturing Conference (EDTM), Penang, Malaysia (2020), p. 1.V. A. Voronkovskii, V. S. Aliev, A. K. Gerasimova, and D. R. Islamov, Mater. Res. Express 6, 076411 (2019).M. B. Gonzalez, J. Martin-Martinez, M. Maestro et al., IEEE Transactions on Electron Devices 63, 3116 (2016).В. А. Воронковский, А. К. Герасимова, В. Ш. Алиев, Письма в ЖЭТФ 117, 550 (2023)V. A. Gritsenko, T. V. Perevalov, and D. R. Islamov, Physics Reports 613, 1 (2016).A. Kumar, S. Mondal, and K. S. R. Koteswara Rao, J. Appl. Phys. 135, 045305 (2024).E. A. Khera, H. Ullah, M. Imran et al., Surface Rev. Lett. 28, 2150039 (2021).E. A. Khera, H. Ullah, M. Imran et al., Optik 212, 164677 (2020).R. Sharma, S. A. Dar, and A. K. Mishra, J. Alloys and Compounds 791, 983 (2019).K. Zhong, G. Xu, J. M. Zhang et al., Mater. Chem. Phys. 174, 41 (2016).I. Carnimeo, F. Affinito, S. Baroni et al., J. Chem. Theory and Computation 19, 6992 (2023).E. Hildebrandt, J. Kurian, and L. Alff, J. Appl. Phys. 112, 114112 (2012).Y. Guo and J. Robertson, Microelectronic Engineering 147, 339 (2015).D. Munoz Ramo, J. L. Gavartin, A. L. Shluger, and G. Bersuker, Phys. Rev. B 75, 205336 (2007).D. Duncan, B. Magyari-K¨ope, and Y. Nishi, Phys. Rev. Appl. 7, 034020 (2017).E. Hildebrandt, M. B. Yazdi, J. Kurian et al., Phys. Rev. B 90, 134426 (2014).T. V. Perevalov and D. R. Islamov, Comp. Mater. Sci. 233, 112708 (2024).D. H. Douma, L. T. Poaty, A. Lamperti et al., Beilstein J. Nanotechnol. 13, 975 (2022).A. A. Pil’nik, A. A. Chernov, and D. R. Islamov, Sci. Rep. 11, 10163 (2021).A. A. Pil’nik, A. A. Chernov, and D. R. Islamov, Sci. Rep. 10, 15759 (2020).