2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on ReRAM circuit operation using in-situ TEM for development of artificial neurons
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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．本研究では単体のデバイスに留まらず，抵抗変化の動作機構，デバイス劣化機構，回路動作の理解を通じて，ReRAM応用への指針を得る事を目的とする．H28～30年度の研究では，ReRAM応用に不可欠な動作安定性，連続的抵抗変化を主な題材として，二層CBRAM（導電フィラメント型ReRAM），平面型CBRAMのスイッチ動作を，その場TEMその場観察法により調査した．研究期間に得られた結果の概略を記す．
【①二層型ReRAM（Cu/MoOx/Al2O3）】二層型デバイスの安定動作の理由を探るために，Si基板上に作製した積層型CBRAMの観察を行った．Si基板を介さない通電を行うための配線，FIB加工の導入によって，明瞭な抵抗変化のTEM内取得に成功した．その結果，メモリ書き込み時にはまずMoOx/Al2O3界面でCu導電フィラメントが形成され，その後Al2O3へと成長することがわかった．またデバイス劣化時には広範囲のCu拡散が生じたが，それは主にMoOx層内であり，AlOx層への拡散は抑制されていた．このことにより，逆バイアス印加によるメモリ動作復活が可能になることが分かった．電力抑制という二層ReRAMの特長で安定動作が実現することを実験的に示した．【②平面型ReRAM】Cu/WOx/Cu, Ag/WOx/Ptを例にとり，配線内に挿入したCBRAMデバイスの動作解析を行った．いわゆるフィラメントの形成・破断も確認されたが，メモリ動作に関わる電気抵抗変化には必ずしも金属フィラメントが必要ではなく，抵抗変化層内のCu析出により数ケタにおよぶ連続的抵抗変化が確認できた．一方で，Cuの拡散は広範囲におよんでおり，安定した多値動作の実現には抵抗変化層の微細化が重要であることが示された．
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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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