2015 Fiscal Year Research-status Report
空間制御型抵抗変化メモリの創成とスイッチングメカニズムの解明
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15K04602
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
高瀬 浩一 日本大学, 理工学部, 教授 (10297781)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 智弘 関西大学, 工学部, 准教授 (80581165)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 抵抗変化メモリ / フィラメントの空間制限 / ナノワイヤメモリ / 絶縁体ナノワイヤー作成 / メッキ法 / VLS法 / スイッチング現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
抵抗変化メモリにおけるスイッチング現象の鍵である導電性フィラメントの空間的広がりに関する情報を得るため、本研究では、色々な大きさの絶縁体ナノワイヤーで金属／ナノワイヤー／金属接合を作成し、その電流—電圧特性を調査している。H２７年度は、研究計画に従って、アルミニウムをシュウ酸陽極酸化して得られるポーラスアルミナのナノホールに電解メッキ法でニッケルを埋め込み、多結晶ニッケルナノワイヤーを作成した。ナノワイヤーの典型的な大きさは、直径30 nm、長さ300 nmである。得られたニッケルナノワイヤーは導電性を示し金属であった。このナノワイヤーを酸化して絶縁体化する必要がるが、それには、２つの方法がある。一つは、ナノホール中に金属を埋め込んだまま酸素中で熱処理する方法、もう一つは、ポーラスアルミナを化学処理で除去して、ニッケルナノワイヤーを露出させ、これを酸素雰囲気中で熱処理する方法である。前者の場合、絶縁体が２種類になるため、これに電極付けを行い、スイッチングさせてもどっちの絶縁体にフィラメントが形成されているかわからない。このため、後者の方法を採用し、色々な条件でニッケルナノワイヤーを酸化させた。その結果、酸化時間が5分以上になると酸化による体積膨張のため、ナノワイヤー同士が繋がり、10分以上では、ほぼ、薄膜状になることがわかった。この結果をもとに、酸化時間を30秒にして酸化を試みたが、出来上がった試料には導電性があり、酸化膜としての十分な絶縁性を持たせることができなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成２７年度は、陽極酸化ポーラスアルミナをナノテンプレートとして、電解メッキ法で多結晶ナノワイヤーを、VLS成長法で単結晶ナノワイヤーを作成する予定であった。多結晶ニッケルナノワイヤーの作成には成功したが、ニッケルを酸化してNiOにした際、体積が膨張しナノワイヤー同士が繋がってほぼ薄膜状態になってしまっている。
これらを踏まえて、陽極酸化条件を変えて、ナノホールの間隔を大きくし、ニッケルナノワイヤーを酸化した際にナノワイヤー同士が繋がらないような工夫を行った。上述の場合のナノワイヤーの間隔は40 nm程度であったが、今回の処理で、その間隔を100 nmすることができた。しかしながら、同時にナノホールの直径も100 nm程度になってしまい、当初の目的よりはるかに大きなものになってしまった。
単結晶作成に関しては、全く研究が行えていない。これは、研究室移転に伴いMBE装置の排気装置が壊れたため、装置内部を超高真空にできなくなったためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
多結晶絶縁体作成に関しては、ナノワイヤー同士の体積膨張による癒着を避けるために、ナノホール間隔を大きくする化学処理を用いて、ホール間隔を大きくすることまではできている。ただし、このとき、ホール径も大きくなりおおよそ100 nm程度である。これでは、当初予定していたフィラメントの空間的閉じ込めは不可能であるため、今後は、このナノホールを用いて、まず、大きめのニッケルナノワイヤーを作成し、その後、化学的エッチングによりナノワイヤーを細くしていきたい。これにより、このナノワイヤーを酸化しても膨張によるナノワイヤー同士の癒着を防ぐことができ、当初予定していた絶縁体ナノワイヤーの作成が可能になると思われる。
単結晶絶縁体の作成に関しては、平成２８年度、ターボ分子ポンプを更新する予算を獲得できたので、早急に排気系を更新し、分子線エピタキシー装置を立ち上げVLS法での単結晶育成に取り組む。
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| Causes of Carryover |
平成２７年度は、分子線エピタキシー装置の排気系（ターボ分子ポンプ）故障し、装置を動作させることができなかったため、単結晶ナノワイヤー作成を進めることが全くできなかった。このため、当初予定していた薄膜作成のためのるつぼや原材料、酸素導入用流量調整器などへの支出が全くなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２８年度では、分子線エピタキシー装置の排気系（ターボ分子ポンプ）更新のための予算を別途確保することができたので、装置を早急に立ち上げる予定である。装置が立ち上がり次第VLS成長法によるナノワイヤー作成を行っていく。この実験のための酸素導入系の整備やるつぼ、原材料、真空部品消耗品などに当該予算を当てていく。
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