2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of electro-magnetic phase switching device with non-volatile operation at room temperature
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16K14377
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
片瀬 貴義 東京工業大学, 科学技術創成研究院フロンティア材料研究所, 准教授 (90648388)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 薄膜トランジスタ / 酸化・還元 / 電気化学 / 不揮発メモリ / 酸化物磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
室温で電気と磁気の信号を同時に不揮発変調可能な新機能スイッチング素子の開発を目的とし、多孔質薄膜中に閉じ込めた水を利用して、ペロブスカイト酸化物の酸素濃度を自在制御可能な薄膜固体デバイスの創製に挑戦した。具体的には、酸素濃度変化によって反強磁性絶縁体と強磁性金属を変調可能なSrCoOxに着目し、酸素空孔の1次元チャネルを有するSrCoO2.5薄膜上に、含水ナノ多孔性ガラスをゲート絶縁体とする薄膜トランジスタ構造を作製した。ナノ平行平板間に電圧を印加して、閉じ込めた電解液中のイオンを動かし、SrCoOx薄膜の空孔チャネルに酸素を脱挿入することで、反強磁性/絶縁体-強磁性/金属の不揮発な可逆制御を試みた。
まず、ゲート絶縁体に用いる多孔性ガラス中に含まれる純水のイオン伝導度が低い問題があったため、アルカリイオンを含む絶縁体を探索し、ナノピラー構造を有するアモルファスNaTaOx薄膜がNaOH水溶液を含んだアルカリ電解質として機能することを発見した。次いで、NaTaOxをゲート絶縁体とするSrCoOx薄膜トランジスタを作製し、室温・大気中でゲート電圧（Vg）を印加した。－Vgを印加することで強磁性金属（Tc = 275 K）に変化し、逆に+Vgを印可することで元の絶縁体に戻った。変調を繰り返し動作させたところ、僅か±3V、2－3秒で可逆制御できることが分かった。これらの結晶構造変化を調べたところ、Vg印加前及び+Vg印加後はブラウンミラライト相SrCoO2.5、-Vg印加後はペロブスカイト相SrCoO3であったことから、SrCoOxの酸素比率が室温で変化したことで、絶縁体/反強磁性から金属/強磁性に変化したことが分かった。“A”（強磁性）/ “B”（反強磁性）の情報と“1”（金属）/ “0”（絶縁体）の情報を同時に読み/書き可能な、将来の高密度情報記憶素子としての発展が期待できる。
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