2018 Fiscal Year Annual Research Report
Multi-stack interface dipole modulation memory and analog operation dynamics
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16H02335
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
宮田 典幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (40358130)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野平 博司 東京都市大学, 工学部, 教授 (30241110)
奈良 純 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (30354145)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 不揮発メモリ / 界面ダイポール / 酸化膜 / アモルファス / X線励起光電子分光法 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多層型HfO2/SiO2界面ダイポール変調 (IDM: interface dipole modulation) 型メモリの高性能・高度化を目的として、当初の計画通り下記の研究課題(１)-(３)として研究を進めた。
課題(１)「物理分析による界面構造およびダイポール変調機構の解明」では、これまでに放射光施設 (SPring-8) を利用して測定したHAXPES (hard X-ray photoemission spectroscopy) スペクトルの解析を進めるとともに、再現性の確認や詳しい電圧依存性を調べる目的で、追加のHAXPES 測定も行った。以上の研究より、界面ダイポール変調構造中のそれぞれの酸化物の主成分が化学量論組成 (HfO2、TiO2、SiO2) であることが明らかとなった。また、印加したゲート電圧に応じて、HfO2とSiO2の間に残留するポテンシャルが変化することも明らかになった。
課題(２)「第一原理計算による界面構造およびダイポール変調機構の解明」では、シミュレーションによりHfO2/TiO2/SiO2積層構造中にポテンシャル勾配を与え、模擬的に誘起した電界による構造変化を解析した。電界の方向に依存して界面TiO2近傍の結合状態が遷移し、HfO2/SiO2間のポテンシャル差も変調されることを見出した。
課題(３)「多層界面ダイポール積層構造・フラッシュメモリの作製と電気特性評価」では、６層の界面ダイポール変調層を組み込んだFET (Field-Effect Transistor)のパルス応答特性を測定したところ、ドレイン電流のアナログ的な変化が観察された。この動作特性より、IDM FETがニューロモルフィック応用として有望であることを提案した。また、IDM構造の作製プロセスを最適化し、350℃以下の低温工程で良好なIDM FET動作の実証にも成功した。計画外の成果として、新たにIDMを組み込んだ２端子型抵抗変化メモリを考案した。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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