新奇電子デバイスを目指した機能界面の作製と界面ドーピング技術の開発

• Project/Area Number: 20047003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大久保 勇男 The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 助教 (20376487)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥4,400,000 (Direct Cost: ¥4,400,000); Fiscal Year 2009: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2008: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 抵抗スイッチング素子 / 金属酸化物 / 界面

Research Abstract

金属電極-酸化物界面は、さまざまなデバイスにおいて常に議論されており、その理解と制御がデバイス特性を向上させる上で重要な課題となっている。強誘電体を用いたキャパシターやトランジスタでは、金属電極界面付近のdead layer(強誘電特性が失われた層)が議論の対象になっている。次世代不揮発性メモリーとして有望視されている、抵抗スイッチング素子においても、電極金属-酸化物界面の理解と制御の重要性が指摘されている。本研究では、特に抵抗スイッチング不揮発性メモリーの動作メカニズムの解明と制御を目指した金属電極-酸化物界面の研究を展開している。2009年度は、Al(上部電極層)/AlOx人工界面層/エピタキシャルPr_<0.8>Ca_<0.2>MnO_3(金属酸化物絶縁層)/エピタキシャルLa_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3(下部電極層)3層構造を、レーザー分子線エピタキシー装置を用いてLaAlO_3(100)単結晶基板上に作製し、H21年度に立ち上げた過渡容量分光測定(DLTS)により抵抗スイッチング現象を引き起こすAlOx/Pr_<0.8>Ca_<0.2>MnO_3界面の欠陥エネルギー準位の決定に成功した。界面AlOx内に存在するAl欠陥が抵抗スイッチングに深く関与していることを示唆する結果が得られ、我々の先行研究である詳細な電流-電圧測定結果とあわせて、この欠陥におけるキャリア(おそらくホール)のトラップ-デトラップが抵抗スイッチングの起源であると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Device size dependence of resistance switching performance in metal/manganite/metal trilayers (2010)
  • Author(s): G.Sugano, I.Ohkubo, T.Harada, T.Ohnishi, M.Lippmaa, Y.Matsumoto, H.Koinumae, M.Oshima
  • Journal Title: Materials Science Engineering B (in press(掲載確定))
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic structure characterization of La_2NiMnO_6 epitaxial thin films using synchrotron-radiation photoelectron spectroscopy and optical spectroscopy (2009)
  • Author(s): M.Kitamura, I.Ohkubo, M.Matsunami, K.Horiba, H.Kumigashira, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
  • Journal Title: Applied Physics Letters 94
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dependence of magnetic properties on laser ablation conditions for epitaxial La_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3 thin films grown by pulsed laser deposition (2009)
  • Author(s): T.Harada, I.Ohkubo, M.Oshima
  • Journal Title: Materials Transactions 50 Pages: 1081-1084
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ferromagnetic properties of epitaxial La_2NiMnO_6 thin films grown by pulsed laser deposition (2009)
  • Author(s): M.Kitamura, I.Ohkubo, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
  • Journal Title: Applied Physics Letters 94
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 抵抗スイッチングを示す金属-ペロブスカイト型マンガン酸化物界面での伝導機構 (2009)
  • Author(s): 大久保勇男、原田尚之
  • Journal Title: マテリアルインテグレーション 9月号 Pages: 2-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ferromagnetic properties of epitaxial La_2NiMnO_6 thin films grown by pulsed laser deposition (2009)
  • Author(s): M. Kitamura, I. Ohkubo, M. Kubota, Y. Matsumoto, H. Koinuma, and M. Oshima
  • Journal Title: Applied Physics Letters 94
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dependence of magnetic properties on laser ablation conditions for epitaxial La_<0.6>Sr_<0.4> MnO_3 thin films grown by pulsed laser deposition (2009)
  • Author(s): T. Harada, I. Ohkubo, and M. Oshima
  • Journal Title: Materials Transactions (掲載決定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 機能性酸化物のコンビナトリアル薄膜の作製と電子状態解析 (2009)
  • Author(s): 大久保勇男、石原敏裕、北村未歩、尾嶋正治
  • Journal Title: 表面科学 30 Pages: 2-6
  • NAID: 10023981772
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epitaxial growth and surface metallic nature of LaNiO_3 thin films (2008)
  • Author(s): K. Tsubouchi, I. Ohkubo, H. Kumigashira, Y. Matsumoto, T. Ohnishi, M. Lippmaa, H. Koinuma and M. Oshima
  • Journal Title: Applied Physics Letters 92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Trap-controlled space-charge-limited current mechanism in resistance switching at Al/Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3 interface (2008)
  • Author(s): T. Harada, I. Ohkubo, K. Tsubouchi, H. Kumigashira, T. Ohnishi, M. Lippmaa, Matsumoto. H. Koinuma. and M. Oshima
  • Journal Title: Applied Physics Letters 92
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 電圧印加抵抗スイッチングを示すAl/Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3界面の界面構造 (2010)
  • Author(s): 大久保勇男、菅野弦哉、原田尚之、尾嶋正治、山本剛久、Mikk Lippmaa、松本祐司、大西剛、鯉沼秀臣
  • Organizer: 2010年春季 日本金属学会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2010-03-29
• [Presentation] Aサイトオーダーペロブスカイト型酸化物強磁性体CaCu_3Mn_4O_<12>のエピタキシャル薄膜の作製(2) (2010)
  • Author(s): 磯部真里、大久保勇男、下山淳一、松本祐司、鯉沼秀臣、尾嶋正治
  • Organizer: 2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2010-03-19
• [Presentation] 電極/Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3界面電子状態の電極依存性 (2010)
  • Author(s): 安原隆太郎, 山本大貴, 大久保勇男, 組頭広志, 尾嶋正治
  • Organizer: 2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 抵抗変化を示すAl/La_<0.33>Sr_<0.67>FeO_3界面における電子状態解析 (2010)
  • Author(s): 山本大貴, 安原隆太郎, 大久保勇男, 組頭広志, 尾嶋正治
  • Organizer: 2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 抵抗スイッチングを示す金属-酸化物界面の伝導機構と素子サイズ依存 (2009)
  • Author(s): 大久保勇男, 菅野弦哉, 原田尚之, 大西剛, リップマーミック, 松本祐司, 鯉沼秀臣, 尾嶋正治
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第22回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] Aサイトオーダーペロブスカイト型酸化物強磁性体CaCu_3Mn_4O_<12>のエピタキシャル薄膜の作製 (2009)
  • Author(s): 磯部真里、大久保勇男、北村未歩、松本祐司、鯉沼秀臣、尾嶋正治
  • Organizer: 2009秋季第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Presentation] Al/Pr_<1-x>Ca_xMnO_3界面における抵抗変化現象の素子サイズ依存性 (2009)
  • Author(s): 菅野弦哉、原田尚之、大久保勇男、大西剛、Mikk Lippmaa、松本祐司、鯉沼秀臣、尾嶋正治
  • Organizer: 2009秋季第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2009-09-09
• [Presentation] Electronic Structures of Ferromagnetic Semiconductor La_2NiMnO_6 Epitaxial Films (2009)
  • Author(s): I.Ohkubo, M.Kitamura, M.Mastsnami, K.Horiba, H.Kumigashira, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
  • Organizer: The Third International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics(STAC-3)
  • Place of Presentation: メルパルク横浜
  • Year and Date: 2009-06-17
• [Presentation] Device size dependence of resistance switching performance in metal/manganite/metal trilayers (2009)
  • Author(s): 菅野弦哉, 原田尚之, 大久保勇男, 西剛, Mikk Lippmaa, 松本祐司, 鯉沼秀臣, 尾嶋正治
  • Organizer: The Third International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics(STAC-3)
  • Place of Presentation: メルパルク横浜
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] 「金属-ペロブスカイト酸化物界面におにける電圧印加抵抗スイッチング現象 (2009)
  • Author(s): 大久保勇男
  • Organizer: 特定領域「機能元素のナノ材料科学」第二回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2009-05-14
• [Presentation] エピタキシャルLa_2NiMnO_6薄膜における磁気特性の作製条件依存 (2009)
  • Author(s): 北村未歩, 大久保勇男, 松本祐司, 鯉沼秀臣, 尾嶋正治
  • Organizer: 応用物理学会2009年春季第56回関連連合講演会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2009-03-31
• [Presentation] Electronic structure of ferromagnetic semiconductor LaNi_<0.5>Mn_<0.5>O_3 evaluated by svnchrotron-radiation photoelectron spectroscopy and optical spectroscopy (2008)
  • Author(s): M. Kitamura, T. Ishihara, I. Ohkubo, M. Matsunami, K. Horiba, H. Kurnigashira, Y. Matsumoto. S. Shin. H. Koinuma. and M.
  • Organizer: International Symposium on Surface Science and Nanotechnology(ISSS5)
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2008-11-11
• [Presentation] Metal/manganite interface formation with artificial interface layers for resistance switching devices (2008)
  • Author(s): G. Sugano, T. Harada, I. Ohkubo, H. Kumigashira, T. Ohnishi, M. Lippmaa, Y. Matsumoto. H. Koinuma. and M. Oshima
  • Organizer: International Symposium on Surface Science and Nanotechnology(ISSS5)
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2008-11-11
• [Presentation] Conduction mechanism in resistance switching at metal/manganite interfaces (2008)
  • Author(s): T. Harada, I. Ohkubo, K. Taubouchi, H. Kumigashira, T. Ohnishi, M. Lippmaa, Y. Matsumoto, H. Koinuma, and M. Oshima
  • Organizer: International Symposium on Surface Science and Nanotechnologv(ISSS5)
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2008-11-11
• [Presentation] Electric-Field-Induced Resistance Switching at Metal/Insulator Interface toward Resistance RAM (2008)
  • Author(s): Isau Uhkubo, Takayuki Harada, Kenta Tsubouchi, Genya Sugano, Hiroshi Kumigashira, Tsuyoshi Ohnishi, Mikk Lippmaa, Yuji Matsumoto, Hideomi Koinuma and Masaharu Oshima
  • Organizer: 8th International Conference on Dielectric Thin Films for Future ULSI Devices : Science and Technology
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2008-11-07
• [Presentation] Combinatorial screening of resistance RAM materials (2008)
  • Author(s): Isao Ohkubo
  • Organizer: 5th International Conference on Combinatorial and High-Throughput Materials Science
  • Place of Presentation: Kloster Seeon, Germany(招待講演)
  • Year and Date: 2008-10-02
• [Presentation] Metal/Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3ショットキー接合における電流-電圧特性の電極依存性(3) (2008)
  • Author(s): 原田尚之, 大久保勇男, 組頭広志, 大西剛, 松本祐司, Mikk Lippmaa, 鯉沼秀臣, 尾嶋正治
  • Organizer: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2008-09-02
• [Presentation] 金属/Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3界面型抵抗変化素子における空間電荷制限電流の重要性 (2008)
  • Author(s): 原田尚之, 大久保勇男, 坪内賢太, 組頭広志, 大西剛, Mikk Lippmaa, 松本祐司, 鯉沼秀臣, 尾嶋正治
  • Organizer: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2008-09-02
• [Patent(Industrial Property Rights)] 記憶素子 (2008)
  • Inventor(s): 大久保勇男, 他
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Number: 2008-151016
  • Filing Date: 2008-06-09