2017 Fiscal Year Annual Research Report
Cr-Ge-Te系層状物質の高速相変化機構の解明及び不揮発性メモリへの応用
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17J02967
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
畑山 祥吾 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 相変化メモリ / 相変化材料 / カルコゲナイド / アモルファス / 遷移金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はCr-Ge-Te系相変化材料の相変化機構の解明および不揮発性メモリへの応用であり、本年度は以下の知見を得た。
Cr2Ge2Te6化合物（CrGT）のアモルファス相の熱的安定性を非等温試験により評価した。従来材のGe2Sb2Te5化合物（GST）のアモルファス相はデータ保持性能が10年＠85℃であるのに対して、CrGTは170℃の温度下で10年間データ保持が可能であることが分かった。このようなアモルファスCrGTの高い熱的安定性は、結合エンタルピーの大きなCr-Te結合が存在し、アモルファス相全体の結合エンタルピーが増加したためだと考えられる。
また、CrGTは一般的な相変化材料とは逆である高抵抗の結晶相と低抵抗のアモルファス相を示す材料であり、その抵抗変化挙動をホール測定で評価したところ、結晶化に伴いキャリア密度が二桁以上減少することが分かった。加えて、CrGTとW電極間のコンタクト比抵抗を測定したところ、結晶相とアモルファス相との間で二桁以上のコンタクト比抵抗差が生じることが分かった。これは二つの相の間で生じるキャリア密度差に起因すると考えられる。
更に、W電極を用いてCrGTメモリセルデバイスを作製し、動作特性を調査した。その結果、パルス電圧印加により、高抵抗の結晶相と低抵抗のアモルファス相との可逆的な抵抗変化が確認された。二つの抵抗状態の差は約二桁であり、これはCrGTとW電極間のコンタクト比抵抗差に起因すると考えられる。また、同様の構造で作製したGSTデバイスと比較すると、CrGTはGSTよりも高速かつ低エネルギーで動作することが分かった。CrGTデバイスにおける、アモルファス化過程の抵抗変化を考察したところ、CrGTの高速動作と低動作エネルギーは相変化領域の体積が小さいことに起因すると分かった。
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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
CrGTの結晶化挙動および抵抗変化機構の調査を順調に進めている。またCrGTメモリデバイスにおいても可逆的な抵抗変化が確認され、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度も当初の計画通り本研究課題を推進する。来年度は、本年度得られた知見を深めるとともに、光学特性や密度変化をはじめとする基礎物性調査ならびに相変化機構のより詳細な調査を行う。特に、アモルファス相と結晶相との間の微細構造変化を硬X線を用いて原子レベルで調査する。更に、電極径が100nm以下のより微細化したデバイスを作製し、CrGTのデータ書き込み回数についての調査を行う。
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Research Products
(9 results)
