凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2025年8月27日
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标题: 原子尺度关于机器学习原子间势中氢迁移的见解:将原子扩散与器件性能联系起来
标题: Atomistic insights into hydrogen migration in IGZO from machine-learning interatomic potential: linking atomic diffusion to device performance
摘要: 理解氢扩散对于提高氧化物薄膜晶体管(TFT)的可靠性和性能至关重要,其中氢在载流子调制和偏置不稳定性中起关键作用。 在本工作中,我们使用机器学习原子间势分子动力学(MLIP-MD)模拟研究非晶IGZO($a$-IGZO)和$c$轴对齐结晶IGZO(CAAC-IGZO)中的氢扩散。 我们通过微调通用预训练的MLIP SevenNet-0,构建了精确的相特异性MLIP,并将模型与涵盖氢相关构型和扩散环境的全面数据集进行验证。 氢扩散率在650–1700 K范围内评估,结果显示在$a$-IGZO中,由于玻璃基质,在750 K以上扩散率增强,而较低温度下的扩散则受刚性网络限制。 扩散率的阿伦尼乌斯外推表明,在300–400 K下,氢在$a$-IGZO中可在$10^{4}$秒内到达沟道/绝缘体界面,这可能有助于负偏压应力引起的器件退化。 轨迹分析显示,$a$-IGZO中的长程扩散是由氢跳跃和翻转机制共同实现的。 在CAAC-IGZO中,氢表现出高的平面内扩散率,但由于沿$c$轴的高能垒,其面外传输受到严重限制。 CAAC-IGZO中有限的垂直扩散表明对偏置不稳定性影响最小。 本工作通过利用大规模MLIP-MD模拟,将原子级的氢传输机制与器件级性能联系起来。
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