Атомная и электронная структура собственных дефектов в Ta$_2$O$_5$: ab initio моделирование

Изучается атомная и электронная структура собственных точечных дефектов в орторомбическом оксиде тантала методами численного моделирования в рамках теории функционала плотности. Показано, что все дефекты, приводящие к обогащению Ta$_2$O$_5$ металлом, выступают в качестве электронных и дырочных ловушек. В условиях сильного обеднения кислородом и на контакте металл–диэлектрик, характерных для элементов резистивной памяти, междоузельные атомы тантала играют конкурентную с вакансией кислорода роль в формировании проводящего филамента. Междоузельные атомы кислорода не участвуют в транспорте заряда. Тантал, замещающий кислород, можно рассматривать как комбинацию кислородной вакансии и междоузельного тантала. Анализ рассчитанных значений термической и оптической энергии ионизации ловушек показывает, что именно вакансия кислорода является ключевым дефектом для переноса заряда в Ta$_2$O$_5$.