2017 Fiscal Year Research-status Report
電場誘起型モット転移を用いた純電子的抵抗変化メモリの創製
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16K18073
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
福地 厚 北海道大学, 情報科学研究科, 助教 (00748890)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 抵抗変化メモリ / 金属絶縁体転移 / ルテニウム酸化物 / 強相関電子系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強相関電子系物質における電場誘起型の金属絶縁体転移現象を不揮発メモリ素子へと応用する事を目標に研究を行っている。金属酸化物材料を用いた抵抗変化メモリは近年、次世代の不揮発メモリ素子として大きな注目を集めている。一方で既存の抵抗変化メモリにおいては、材料内の欠陥移動によって素子の電気抵抗を変化させ、その電気抵抗変化を基にデータ記憶を行うために、メモリ素子としての信頼性と安定性に関して原理的な弱点を持つ事が指摘されてきた。本研究ではこの問題の解決方策として強相関電子系物質における金属絶縁体転移現象に着目し、材料の電子相転移を用いて素子の電気抵抗を変化させる、純電子的な動作機構を持つ不揮発メモリ素子の開発を試みている。
電場誘起型の金属絶縁体転移は約5年前に発現が見出された現象であり、これまでにカルコゲン化物を中心とした数種類の物質のバルク単結晶において発生が観測されている。本研究ではメモリ素子の作製へと向けて、電場誘起型の金属絶縁体転移を示しうる複数の物質に対してエピタキシャル薄膜の試作を行っており、その結果、電場誘起型の金属絶縁体転移物質の中でも層状ペロブスカイト酸化物であるCa2RuO4においては良質なエピタキシャル薄膜が作製可能である事が明らかとなった。また本年度には酸化物薄膜の代表的な製膜法であるパルスレーザー堆積法の他に、Ca2RuO4薄膜中でのRu欠損の発生を抑制する事が期待できる、常圧製膜法である固相エピタキシャル成長法による製膜を検討した。その結果、固相エピタキシャル成長法ではパルスレーザー堆積法と比べて結晶性・表面平坦性共に高い薄膜が作製可能である事が明らかとなり、固相エピタキシャル成長法により作製した薄膜においては、Ca2RuO4中の金属相ドメインのエピタキシャル歪による安定化を観測する事が出来た。
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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
本年度には新たに固相エピタキシャル成長法によるCa2RuO4薄膜の作製を検討した結果、作製した薄膜においてCa2RuO4薄膜では従来報告の無かった金属的な伝導特性の発現が観測された。この事から本年度には固相エピタキシャル成長法によるCa2RuO4エピタキシャル膜の基礎物性評価を重点的に行い、観測された新規な電子状態に対する理解を深めたとともに、モット転移型抵抗変化メモリ素子の開発に向けても重要な知見を得る事が出来た。基礎物性の評価実験を進展させる必要が生じたため、具体的なデバイス作製はやや進行が遅れた状態にあるが、物性評価の点では当初予測を上回る有用な結果が得られた事から、全体的評価としては概ね順調な進捗が得られたものと考えている。固相エピタキシャル成長法により作製したCa2RuO4薄膜では、従来に報告が無かった高い結晶性と平坦性を持ったエピタキシャル成長が実現されており、来年度以降のデバイス作製実験に向けても非常に適した試料を作製する事が出来ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
固相エピタキシャル成長法により作製したCa2RuO4薄膜を用いて、リソグラフィー加工によるチャネル型デバイスの作製を行い、Ca2RuO4の電気抵抗の電圧・電流応答に関する詳細な評価を行う。電場誘起型の金属絶縁体転移に対して試料の微細構造が及ぼす影響を評価するとともに、不揮発メモリとしての動作可能性を明らかにさせる予定である。同時に固相エピタキシャル成長法により作製したCa2RuO4薄膜に対する透過型電子顕微鏡観察も進行し、金属相・絶縁体相のドメイン構造の観察を通じてエピタキシャル応力がCa2RuO4薄膜の金属絶縁体転移に及ぼす影響を評価する。またCa2RuO4薄膜の基礎物性の理解に向けた、固相エピタキシャル成長法による製膜実験と伝導特性・磁化特性の評価実験も継続させる。
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| Causes of Carryover |
消耗品等は前年度に購入した物品で賄う事が出来たため、少額の次年度使用額が発生した。来年度の消耗品等の購入に充てる予定である。
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Research Products
(28 results)
