2017 Fiscal Year Annual Research Report
Proposal of "pore engineering" as a device designing method for conducting-bridge memory
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15K06017
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
木下 健太郎 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 准教授 (60418118)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 敏幸 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (50193503)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | CBRAM / 細孔 / 溶媒 / イオン液体 / 溶媒和イオン液体 / 金属イオン / 導電性ブリッジメモリ / 多結晶薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は申請者が提案する, CBRAMの性能を制御する新手法, 「細孔エンジニアリング」の有効性を実証し, CBRAMの設計指針を提供することを目的とする. 本手法は, (i)添加溶媒の種類，(ii)細孔(金属酸化物膜の多結晶粒界)サイズ, (iii)細孔壁の物理・化学的性質を通じてCBRAMのメモリ特性を制御するものである. Cu/HfO2/Pt構造における溶媒添加効果を調査し, 以下の成果を得た.
1. イオン液体にCu2+を含有させた1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメチル）スルホニルアミド（[Bmim][TFSA]）の銅（II）ビス（トリフルオロメチル）スルホニル（Cu(TFSA)2）と[Bmim][TFSA]の混合溶液をHfO2層に添加した結果, スイッチイング耐性(SE)が大幅に向上することが確認された. 金属イオンをCu2+からAg+に変え, Ag(TFSA)と[Bmim][TFSA]の混合溶液を添加することで, SEは更に向上した.
2. 低抵抗化は添加溶媒中で溶媒和の状態にあるCu2+がPt陰極にて溶媒イオンの衣を脱ぎ, 電子を受け取ることで実現する. 本研究では, 衣を脱ぎ易いほどスイッチング電圧(SV)が低下することを見出した. そこで, イオン液体に替えて2,5,8,11-tetraoxadodecane（G3）からなる溶媒和イオン液体([Cu-G3-(TFSA)2])をHfO2層に添加した. 理由は, 既にCu2+が溶媒和の状態にある[Cu-G3-(TFSA)2]では, Cu2+の陰極への接近が容易になると考えたからである. [Cu-G3-(TFSA)2]は高粘性([Bmim][TFSA] = 33 cP, [Cu-G3-(TFSA)2] = 3023 cP at 35℃)であるが, SVが低減し, 且つSEの大幅な向上が確認された.
3. スイッチング速度向上の観点から, 添加溶媒は低粘度が望ましい. そこで, Cu(TFSA)2-G3-[Bmim][TFSA] (混合イオン液体)を調整した. 混合イオン液体中の[Bmim][TFSA]の量が増えるほど粘度は低下し, 導電率が向上した. 更に, Ag(TFSA)-[Bmim][TFSA]と[Cu-G3-(TFSA)2]の高SEと低SVは共に維持されることも確認された.
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