随着科学技术的发展和时代的进步,人们对器件尺寸的要求不断小型化,半导体器件面临着巨大的压力和技术上挑战。虽然闪存(flash)等传统的存储器可以满足非挥发性,但其响应速度慢、可重复擦除次数有限等缺点不利于数据的处理。为了突破传统存储器在尺寸方面的限制,对于提出和开发革命性、高效性、全新的非挥发性存储技术提出了全新的要求。因此,半导体行业一直在努力寻求可以同时满足高速、高密度、低功耗和存储容量大等优点,并且能够具有新型存储机理的非挥发性存储器。新型非挥发性存储器如:PCM、RRAM等,吸引了越来越多的研究者们去深入研究,有很大的希望可以作为未来存储器件的领军者。在阻变存储器研究中,通过分析不同材料系统的电阻转变效应,发现不同材料系统的电阻转变机制本质上是不同的。本文通过对金属导电细丝和氧空位导电细丝的导电机理进行研究,能够为改善RRAM的微观特性和深入剖析RRAM的阻变机理提供理论参考意义。首先,基于第一原理计算的软件包VASP进行计算,并且通过Material Studio建模,对HfO2阻变材料的进行研究;其次,研究了掺杂使得阻变材料中形成导电细丝,并且深入研究了A1导电细丝和氧空位导电细丝对RRAM的性能的影响。研究结果表明:1.Al以间隙的方式掺杂到HfO2中体系更稳定,阻变材料趋于稳定的收敛速度越快,在此基础上,建立了5种不同浓度的HfO2模型,通过比较计算得到分波电荷态密度图、临界等势面值以及形成能,发现形成Al导电细丝的间隙Al(Int-Al)浓度,分析掺杂引起的晶格结构变化对Hf02中Al导电细丝形成的影响,可以显著降低缺陷形成能,有助于形成完美的导电通道。2.研究Int-Al与氧空位(Vacancy oxygen,VO)的相对位置,研究并计算最适掺杂方式下的变组分Al对含VO缺陷的HfO2体系的分波电荷态密度及最大等势面和临界等势面值以及形成能,获得了HfO2材料中形成氧空位导电细丝的最佳Int-Al浓度,并且分析了掺杂引起的晶格结构变化对HfO2中VO导电细丝形成的影响,研究得到晶格结构的改变能够促进导电通道的连接。以上的研究对于提高基于HfO2阻变存储材料的性能有一定的参考和借鉴意义。