2016 Fiscal Year Research-status Report
抵抗変化型メモリ用酸化物薄膜における量子化伝導現象の解明と多値化への応用
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15K06435
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
塩田 忠 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40343165)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠崎 和夫 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (00196388)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 抵抗変化型メモリ / 量子化伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、再現性良く安定な量子化伝導を示す抵抗変化型メモリ用酸化物薄膜を作製し、その量子化伝導現象の解明と多値メモリへの応用を目的としている。
本年度は、昨年度に良好なスイッチング特性を示し量子化伝導が発現することを見出した、Au（上部電極）/8mol%Y2O3添加ZrO2エピタキシャル薄膜(epi-YSZ)/n+型Si(100)基板（下部電極）の抵抗変化型メモリ素子において、電流－電圧特性測定結果に基づき詳細な電気伝導特性の解析を試みた。まず、Au/epi-YSZ/Si(100)素子内部の微構造を同定するために断面TEM観察を行い、Si(100)基板とepi-YSZ薄膜の界面には2~3nmのSiO2層が存在することが分かった。その素子では、印加電圧の極性とは無関係に抵抗スイッチングが観測されたこと、一方で、epi-YSZの無いAu/SiO2/Si素子では抵抗スイッチングが観測されなかったこと、からAu/epi-YSZ/Si(100)素子の抵抗スイッチングとそれに伴う量子化伝導は、SiO2層だけに起因する現象ではないと結論づけた。また、下部電極として用いたn+型Si(100)基板の非線形電流-電圧特性が測定値に重畳されるため、量子化伝導特性の解析手段の一つである伝導度ヒストグラムの作成に必要な数千回の繰り返し測定結果の解析が困難であることが明らかとなった。
このように、量子化伝導特性のより詳細な解析のためには、Si(100)基板の非線形特性の影響を除くことが必要であることが分かったため、新たな素子構造を工業的な有用性も考慮して検討・設計した。それに基づき、ウエットエッチングを用いた電子線リソグラフィによる素子の作製条件を繰り返し検討し、設計通りの素子作製条件をほぼ確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は、主として抵抗スイッチングを示す酸化物薄膜における量子化伝導特性の解析を計画していた。前述のように、Au/epi-YSZ/Si(100)素子について、その伝導特性を検討した結果、量子化伝導特性を統計解析するためには、Si基板の影響を排除できる新たな素子構造を作製した方が良いことが示唆された。さらに、製膜装置の不調も重なったため、工業的にも有用と思われる新たな素子構造を設計し、その作製プロセスの確立を優先した。そのため、量子化伝導特性について、計画していた全ての測定ができなかったため、研究進歩状況としてはやや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、本年度に検討した抵抗変化型メモリ素子構造を利用して、まず、抵抗スイッチング特性と量子化伝導特性の詳細な解析とそれら発現メカニズムの解明を目指す。合わせて、不揮発多値メモリへの応用の観点から、パルス電圧印加法などによる量子化伝導の制御方法を検討する。さらに、 半導体プロセスに適合する他の酸化物における抵抗スイッチングと量子化伝導発現も検討する。これら得られた結果を総括し、量子化伝導を利用した抵抗変化型多値メモリ用酸化物薄膜の設計・作製に関する指針を提案する。
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