2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-speed nonvolatile memory using intersubband transitions in GaN-based resonant tunneling diodes
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17K06409
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
永瀬 成範 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (80399500)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / 量子井戸 / トンネル現象 / 超高速情報処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、窒化ガリウム系共鳴トンネルダイオード（GaN系RTD）でのサブバンド間遷移を用いることで、ピコ秒オーダーで動作可能な高速な不揮発メモリを実現することを目標としている。これより、将来の省エネルギー化技術として期待されているノーマリ―オフコンピューティングの実現に貢献することを目指している。昨年度までに、結晶性改善による安定動作化、高速パルスによる動作原理検証、時定数低減による高速動作化等から、本不揮発メモリの実用化の可能性を示してきた。最終年度は、これまでの成果をもとに、不揮発メモリの更なる高性能化に向けたGaN系RTDの設計指針を示すことを目的に研究を行った。特に、実用化において重要な書込・消去電圧低減による低エネルギー動作化の可能性を調べた。これまでに、量子井戸構造の井戸層やバリア層等の厚さを変化することで、書込・消去電圧を変化できることを示してきた。しかし、今後、より高度な設計を行っていくためには、窒化物半導体特有の自発・ピエゾ分極による影響を適切に取り入れる必要がある。そこで、GaN系RTD中の電束密度に対する境界条件から、自発・ピエゾ分極による影響を取り入れる手法を構築した。その結果、これまで得られた実験データをより良く説明することに成功するとともに、量子井戸構造の最適化によって、絶対値1V以下の書込・消去電圧を実現できることを示した。また、不揮発メモリ微細化のための新プロセスを検討し、そのプロセスの要素技術を開発した。新型コロナウイルスの影響により、計画通りに実験を進めることが困難であったため、最終目標としていた直径1ミクロン以下の微細メサ構造を有する不揮発メモリの実現までには至らなかったが、今後も本不揮発メモリの研究を継続していく予定であるため、本研究課題で得られた知見や技術をもとに、本不揮発メモリの更なる高性能化と微細化を実現していく予定である。
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Research Products
(2 results)
