窒化物の高速相変化現象とそのメモリデバイスへの展開
| Project/Area Number |
22K20474
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0401:Materials engineering, chemical engineering, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
双 逸 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (10962144)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 相変化材料 / 相変化メモリ / 窒化物 / 不揮発性メモリ / アモルファス相 / 結晶相 / 不揮発メモリ / CrN |
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| Outline of Research at the Start |
次世代不揮発性メモリとして相変化メモリ(PCRAM)が注目されている。現在、相変化材料にはGe-Sb-Te化合物(GST)が実用されているが、将来に向けては、PCRAMの高温環境利用や更なる微細化、省動作エネルギー化が強く望まれている。但し、GSTアモルファス化には材料を融解しなければならず、動作エネルギー（熱エネルギー）がどうしても高くなってしまうという本質的な材料的問題を抱えている。本研究では、世界に先駆けて、アモルファス相を介さない相変化により大きな抵抗変化を示す窒化物系を提案し、その相変化メカニズムを究明し、窒化物相変化メモリの実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度得られた結果は以下の通りである。
1、放射光を用いたX線吸収微細構造（XANES)などを通して、CrNの化学結合・電子状態変化を調査し、その相変化メカニズムを明らかにした。
2、実際のPCRAMセル構造と近いマッシュルーム型デバイスを開発し、動作特性の評価を行った。当該デバイスは、大きなON/OFF比（最大106）、高速なスイッチング速度（30ns）、および優れた書き換え繰り返し性能を実証できた。さらに、実用化されたGSTの性能との比較を行った。ヒーターサイズが37 nmの場合、CrNの消費エネルギーは47 pJであり、GSTデバイスと同じ構造のものよりも一桁低い（385 pJ）ことが示された。動作エネルギーがGSTデバイスよりも大幅に低減できるのは、CrN層内の融解が必要なく、かつ小さい相変化領域に起因している可能性が考えられる。
3、CrN相変化挙動とメモリ動作に関して、他の窒化物への拡張も検討している。最初の試みはCrN構造に類似するMoNとVN窒化物である。まだ成膜段階ではあるが、MoNとVNの成膜後も、CrNと同様の結晶構造が確認された。また、薄膜の電気特性も調査し、低抵抗状態の半導体特性を示すことができた。今後は、MoNとVNのデバイスを製作し、その動作性能を評価し、本研究のCrN相変化材料のさらなる性能向上を図る。
これらの成果は、材料科学、応用物理学、および情報技術の分野において、新たな知見をもたらし、革新的な技術開発やエネルギー効率の向上に貢献することが期待される。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
