2017 Fiscal Year Annual Research Report
Research on polarization-induced resistance switching in ferroelectric polymer ultra-thin films with different electrodes
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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, 理学部第一部応用物理学科, 教授 (60224060)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中嶋 宇史 東京理科大学, 理学部, 助教 (60516483)
橋爪 洋一郎 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 助教 (50711610)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 極薄膜 / 抵抗変化 / 分極遮蔽電荷 / 記憶素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、強誘電体極薄膜を2種類の異なる金属性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抵抗が大きく変化する分極誘起抵抗変化現象を対象としたものである。最終年度となる平成29年度は、これまでに得られた分極誘起抵抗変化現象のより深い理解を目的に研究を進めた。まず、抵抗比100～1000倍程度の変化を示す試料に関し、断面TEM観察の結果から、強誘電体層の平均膜厚は10 nm程度であるが、電極や強誘電体層のラフネスにより膜厚が極薄化している領域が存在すること、また走査型プローブ顕微鏡を用いた電流分布測定の結果から、局所的に電流値が増加しているポイントが存在することを明らかとした。キャパシタ構造全体のマクロな抵抗変化は、この電流値が増加するポイントの抵抗変化に支配されていると考えられるため、その部分の強誘電体層自体の抵抗率はトンネル伝導等により低抵抗化しており、強誘電体/金属電極界面において分極遮蔽電荷が形成する界面抵抗が分極誘起抵抗変化現象の起源であると結論づけた。
このような基礎的理解に基づき、分極誘起抵抗変化素子の更なる特性向上に資する研究も行った。まず、強誘電体膜の結晶成長のその場観察を行い、熱処理温度によって結晶配向性が変化する様子を直接観察するとともに、強誘電体高分子の組成や熱処理温度条件を調整することで、強誘電体層のラフネスを制御することに成功した。また、導電性シリコン結晶基板上に表面平滑性に優れたに強誘電性高分子膜を直接成膜する手法を開発し、金属電極以外でも分極誘起抵抗変化現象を確認することができた。以上、本研究では、分極誘起抵抗変化現象の起源解明と更なる特性向上に繋がる可能性を見出すことができ、想定以上の成果を得ることができた。
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