2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a low temperature fabrication method of insulator films applicable to next generation electronic devices by the electrochemical oxidation method
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17K06804
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| Research Institution | Tokyo University of Technology |
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Principal Investigator |
高橋 昌男 東京工科大学, 工学部, 教授 (00188054)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
茂庭 昌弘 東京工科大学, 工学部, 教授 (50704623)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電気化学的酸化 / 複合アニオン化合物薄膜 / 低温薄膜創製 / 絶縁体薄膜 / 価電子制御 / 抵抗変化型メモリ / 発光素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高速で省エネルギー型の次世代メモリとして注目されている抵抗変化型メモリ（ReRAM）のような電子デバイスに実装可能な新規の絶縁体薄膜を形成できる、電気化学的薄膜創製法を開発した。
最終年度においては、含有水分濃度が絶縁体膜層の化学結合性や微細構造に与える影響とReRAMデバイスに応用するための薄膜層形成の最適化を行い、次の結果を得た。1）生成絶縁体膜層中の化学種（TaOxNy)の酸素欠損量は電気化学的酸化に用いる有機溶液中の水分量で制御できること；2）反応溶液中の水分濃度は表面構造にも影響を及ぼし、30 mMの水分濃度の溶液中で形成した場合に最も平滑な表面構造をもつ絶縁体膜層を形成できること。酸素欠損と表面微細構造の最適化によりReRAMに適用可能な絶縁体膜を形成できると結論した。
研究期間全体を通じて、様々な金属および有機溶媒を用いて絶縁体薄膜の形成を検討した結果、アンモニア水や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を添加したメタノール溶液中でタンタル（Ta)金属を電気化学的酸化して作製した絶縁体膜が、バイポーラ型の電流－電圧特性（ReRAM特性）を発現することを見出した。ReRAM特性を再現性良く発現する絶縁体膜を作製するためには、水分濃度を30 mMに制御した1.5 mMの水酸化テトラメチルアンモニウム/メタノール溶液中での電気化学的薄膜創製が好ましいことを見出した。
生成したTaOxNyは酸素欠損を有し、室温で586 nmに発光ピークを持つことを見出した。また、伝導帯から2 eV付近にギャップ内準位が存在し、このギャップ内準位は酸素欠損と関連しており、生成膜が発光素子への応用可能性も有すると考えた。
電気化学的薄膜創製法という室温の大気圧下での省エネルギー型の薄膜創製プロセスを用いることで、ReRAMに応用可能な絶縁体膜層が形成できることを見出した。
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Research Products
(4 results)
