2015 Fiscal Year Research-status Report
異種電極材料を伴った高分子強誘電体極薄膜における分極誘起抵抗変化現象の研究
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15K04653
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
岡村 総一郎 東京理科大学, 理学部, 教授 (60224060)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中嶋 宇史 東京理科大学, 理学部, 講師 (60516483)
橋爪 洋一郎 東京理科大学, 理学部, 助教 (50711610)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 抵抗変化 / 高分子強誘電体 / 分極反転 / 異種電極 / 自発分極 / トーマスフェルミ遮蔽長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強誘電体極薄膜を2種類の異なる金属電極で挟んだキャパシタ構造において、強誘電体層の自発分極の向きにより金属電極間の抵抗値が大きく変化する分極誘起抵抗変化現象に関して、電極の組み合わせを変えた試料を作製し、それぞれの特性の評価を進めるとともに、その理論モデルの検討を行った。強誘電体材料としてはフッ化ビニリデン/三フッ化エチレン共重合体を用い、電極として、白金、金、ルテニウム、イリジウム、ニオブ等の貴金属材料、パラジウム基アモルファス金属、そしてハイドープシリコンの半導体材料を用いた。各種金属電極を形成したシリコン基板、あるいは酸化膜を除去したハイドープシリコン基板上に膜厚10 nm以下の極薄膜強誘電体層を作製した後、上部電極として金を蒸着してキャパシタ構造を形成し、その後に最適な結晶化アニール処理を施すことで、強誘電体層の表面の平滑性を最小限とし、10 nm以下の膜厚においても短絡することなく良好な強誘電特性を示す試料の作製に成功した。各種電極の組み合わせにおいて、高抵抗もしくは低抵抗となる際の分極の向きが異なることを見出すとともに、最大で10000%以上の抵抗変化を達成することに成功した。この数値は、過去に報告されている分極誘起抵抗変化現象と比べても大きな値であり、抵抗変化メモリ素子への応用を考える上でも有用な結果であると言える。また、得られた結果を説明可能な理論モデルについて検証したところ、異種電極を用いた場合、トーマスフェルミ遮蔽長の違いによって形成される非対称なポテンシャル分布によって、現象が定性的に説明できることを確認した。更に、より大きな抵抗変化を引き起こすためには、仕事関数差の大きな電極種の選択と、非対称なポテンシャルの形成を目的とした人工的な非強誘電相界面の挿入が有望であるとの指針も得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
H27年度の研究計画では、膜厚10 nmの高分子強誘電体極薄膜を用いた抵抗変化素子を作製し、室温での抵抗変化特性を評価するとともに理論的な考察を行うとしている。下部の電極種としては、白金、金、ルテニウム、イリジウム、ニオブ等の貴金属材料、パラジウム基アモルファス金属、そしてハイドープシリコンの半導体材料を用いた場合の特性評価を行っており、試料作製の観点で当初の計画以上に順調に進行したと言える。また、得られた分極誘起抵抗変化特性を説明可能な理論モデルの提案も出来ており、その理論モデルに基づいた構造の最適化も今後期待できると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度においては、特に大きな分極誘起抵抗変化特性を示した試料に関し、走査型プローブ顕微鏡を用いた局所的な電気伝導特性の評価を行うことで、マクロに観察された特性のより詳細な検討を進める。10 nmという極薄膜においては、僅かな膜厚の不均一性が特性を支配している可能性があり、その定量的解析が重要になると考えている。また、理論モデルに基づき、分極誘起抵抗変化特性を最大とする電極種の絞り込みや非強誘電体相界面の導入とその検証を行う。
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| Causes of Carryover |
ほぼ計画通り執行したが、備品の割引などで、予算額に対し当該金額の残金が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
薬品等の消耗品費として使用する。
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