| Project/Area Number |
22K14485
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
Hatayama Shogo 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (50910501)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | セレクタ材料 / 揮発性スイッチ / クロスポイント型素子構造 / 結晶酸化物 / セレクタ / 遷移金属 / 耐熱性 / 不揮発性メモリ / 酸化物 / 非線形性 / カルコゲナイド |
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| Outline of Research at the Start |
セレクタとして実用化されているアモルファスカルコゲナイド(OTS)には耐熱性向上のため環境負荷の高いAsやSeが含まれており、動作電圧も大きい。そのため、As・Seフリーで高耐熱性と低動作電圧を兼ね備えた新規セレクタ材料が強く望まれている。
このような社会的要望に応えるべく、本研究では元素添加によるバンド構造制御を通じて結晶酸化物へのセレクタ機能付与の可否を調査する。安定な結晶酸化物を用いることでAsやSeを用いずとも高い耐熱性を実現し、作成条件の最適化により動作電圧の低減も期待できる。元素添加バンドエンジニアリングに関する学理を構築し、既存材を凌駕する結晶酸化物型セレクタ材料の実現を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
Novel selector materials with high thermal stability have been developed using transition metal oxides (TM-O) as the base material. TM-O typically exhibits insulating properties; however, it was found that incorporation of 13-16 group elements as a third component can realize ON/OFF functionality as a selector.In particular, when Te was added, TM-O-Te achieved a high thermal stability, with the amorphous phase remaining even after annealing up to 400°C. Although the TM-O with added third elements initially shows an amorphous phase, it was successfully crystallized without phase separation by optimizing the composition and heat treatment. This breakthrough also enabled us to explore material seeds for the realization of crystalline oxide-type selector materials.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
セレクタ材料は、次世代半導体デバイスを実現するクロスポイント型素子構造におけるキーマテリアルである。半導体製造プロセスの観点から、400℃以上の熱処理に耐えることが求められ、従来はAsやSeなどの毒性元素を含むことで高い耐熱性を実現してきた。一方、世界的に環境負荷の低減が進む昨今の社会事情から、As・Seフリーな新材料が求められてきた。本研究では、一般的なセレクタ材料系とは程遠いTM-Oに第三元素を添加して電子構造を制御することでON/OFFスイッチを発現させることに成功した。このことは、セレクタ材料開発において、新たな元素選択戦略を開拓するものであり学術的にも社会的にも意義が大きい。
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