2016 Fiscal Year Annual Research Report
人工ニューロン開発を目指したその場ＴＥＭ法による抵抗変化メモリ回路動作の研究
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16H04339
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
有田 正志 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (20222755)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 庸夫 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (90374610)
福地 厚 北海道大学, 情報科学研究科, 助教 (00748890)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 抵抗変化メモリ / 電子顕微鏡 / 電子・電気材料 / 電子デバイス・機器 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
メモリ応用，ニューラルネットワーク応用を念頭において抵抗変化メモリ（ReRAM）の研究が広く行われている．電子顕微鏡による動作機構評価も行われているが，未だに不明な点が多い．本研究では単体のデバイスに留まらず，その回路動作を「その場TEM法」により観察・解析し，抵抗変化の動作機構，デバイス劣化機構，回路動作の詳細を明確化する．
H28年度には，導電フィラメント型ReRAM（CBRAM），特に実用型２層CBRAMの抵抗変化動作時におけるフィラメントの振る舞いを解析し，国内外の学会で発表した．過去の研究と異なる点は，TEM試料加工法としてFIBを利用したことであり，より詳細な観察が期待できる．更に回路動作へと研究を拡張するため，面内ReRAMの作製，特にナノギャップ電極の作製を行った． また，国際共同研究として，「その場TEM法やSTM法によるReRAM研究の国際動向」を共同調査して，レビュー論文を執筆した．
① CBRAMフィラメントの振舞い：抵抗変化時に金属フィラメントが形成/消失するが，その振る舞いは履歴による．②二層型ReRAM（Cu/MoOx/Al2O3）の評価：上記の傾向は二層デバイスでも同様であり，より絶縁体的なAl2O3層で細い．EDX分析によりCuの移動を実験的に確認できた．高パワー動作を繰り返すと抵抗値が徐々に減少して動作不良に繋がるが，これは絶縁層内に形成されたCuの残留析出物による．④ 平面型ReRAM（Cu/WOx/Cu）：Cuフィラメントの成長を明瞭に観察できた．低パワー動作を実現してReRAM回路のTEMその場観察を行うために，ナノギャップ電極の形成を試みた．EBリソグラフィーと斜め蒸着法により，50nm程度のギャップを10nm程度の精度で形成できる可能性のあることがわかった．H29年度には作製条件の最適化を行い，基盤技術を確立する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
２層型CBRAMの各層におけるフィラメントの振る舞いを直することができた．平面型CBRAMに必要なナノギャップ電極の作製に目処がたち，H29以降に実施予定の回路動作観察への準備ができた．また6件の招待講演を行っており，一定の認知を得た．いずれも予定通りの進捗状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定通りに推進する．①２層型CBRAM：FIB試料を用いて低パワースイッチをTEM内で実現．その劣化機構，および直列デバイスを用いた相補性ReRAM動作についてより詳細な検討を行う．②平面型CBRAM：ナノギャップ電極形成手法の確立を行った上で，抵抗スイッチ直前・直後の電極近傍，フィラメント近傍のCuの振る舞いを検討．③回路：平面型CBRAMを用いた簡単な回路（直列，並列）を作製して電気特性，フィラメント動作の相関を調査．また最終年度の研究展開にむけてニューラルネットワーク用TEM回路試料の設計を行う．
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