关于非晶五氧化钽的阈值位移能量的分子模拟

《IEEE Transactions on Nuclear Science》：Molecular simulations on threshold displacement energy in amorphous tantalum pentoxide

非晶氧化钽（Ta2O5）基电阻存储器件受高能粒子辐照时，原子位移导致氧空位形成，进而影响器件导电性。通过分子模拟分析钍和氧原子的位移行为，提取阈值位移能计算空位密度。基于Poole-Frenkel机制建立数学模型，成功拟合实验数据，揭示Δ(1/6√Roff)与离子流量Φ呈线性关系。

　　

摘要：

基于非晶态五氧化二钽（Ta2O5）的阻变存储器器件对高能粒子的位移损伤非常敏感。高能粒子能够使原子发生位移，从而在氧化物中产生氧空位。随着氧空位密度的增加，这些器件的导电性也会提高，因为氧空位负责电子在氧化物中的传输。通过分子模拟详细研究了Ta2O5薄膜中钽原子和氧原子的位移行为。随后，从模拟数据中提取了这两种原子的位移阈值能量，以计算由位移损伤引起的原子空位密度。此外，还提出了一个基于Poole-Frenkel机制的解析模型来计算氧空位所产生的电流。该模型能够很好地拟合之前关于Ta2O5基阻变器件在800 keV钽离子作用下的关态电阻（Roff）退化的实验结果。该模型还表明，关态电阻的六次方根的倒数变化（Δ(1/6 √ Roff)）与离子注量（Φ）之间存在线性关系，即 Δ(1/6 √ Roff) ∝ Φ。