2019 Fiscal Year Annual Research Report
ハフニア系強誘電トンネル接合による人工シナプスの実現に向けた素子技術基盤の構築
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18H01484
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
澤 彰仁 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, 研究員 (10357171)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電子・電気材料 / 表面・界面物性 / トンネル接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
HfO2系強誘電体をバリア層とする強誘電トンネル接合（FTJ）を作製するため、トンネル効果の発現に必要となる膜厚5nm以下においても強誘電特性を示す超薄膜の開発を行った。昨年度までに開発したITO下部電極上に作製したHfO2アモルファス膜を真空中ポストアニールする手法を用いて、均一な膜厚を有するZrドープHfO2薄膜を作製した結果、膜厚5nm以下の超薄膜においても強誘電特性を示すことを見出した。また、ZrドープHfO2薄膜を用いたFTJにおいて、抵抗変化現象の特徴である電流-電圧特性のヒステリシスを観測した。
スパイク時刻依存シナプス可塑性(STDP)の実証に向けた準備として、高抵抗のトンネル接合の抵抗変化を測定できるアンプ等を作製してFTJ用のSTDP測定系を構築した。構築した測定系の動作実証として、抵抗変化の実績のある酸化物Ti系強誘電体をトンネル障壁層とするFTJをモデル素子として用いてSTDP測定を行った結果、方形波、三角波等を組み合わせた様々なスパイクシグナルの印加に対して、STDPを観測した。また、印加するスパイクシグナルの波形、時間幅、電圧強度と、STDP特性の関係を記述するモデル式を考案した。酸化物Ti系強誘電体を用いたFTJの実験で得られた様々なスパイクシグナルに対するSTDPを解析した結果、実験で得られた全てのSTDPについて、印加したスパイクシグナルの時間幅、電圧強度等とSTDPのコンダクタンス変化の最大値、コンダクタンス変化が現れるスパイクシグナルの時間差等の関係が、考案したモデル式を用いて説明できることを確認した。
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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
ZrドープHfO2薄膜の方が強誘電トンネル接合素子に好適な膜厚を5nm以下まで薄くしても強誘電性を示すこと見出すとともに、STDP特性の測定系を整備し、典型的な強誘電体であるBaTiO3を障壁層とするFTJを用いて、印加するスパイクシグナルとSTDP特性の関係性を明らかにするなど、本研究の目標の一つであるHfO2-FTJによる人工シナプス特性の実現に向けて進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでYドープHfO2薄膜で研究を行ってきたが、ZrドープHfO2薄膜の方が強誘電トンネル接合素子に好適であることを見出したため、今年度は、ZrドープHfO2を用いた強誘電トンネル接合素子を作製し、抵抗スイッチング、STDP等を検証する。
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