2020 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on Ferroelectric Resistive-switching with Growth- and Interface- Controlled Fluorite-based Heterostructures
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18H01879
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山田 浩之 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, 研究グループ長 (00415762)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ハフニア / 蛍石型酸化物薄膜 / 強誘電体 / 抵抗スイッチング / トンネル接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度研究においては、Pt/Hf0.5Zr0.5O2(HZO)/ITOトンネル接合を作製し、電流I‐電圧V特性を評価した。しかし、抵抗スイッチングに対応するI-V特性のヒステリシスが小さい、保持特性が小さい等の課題が生じた。その解決のため、令和二年度研究においては、以下の研究を実施した。第一に、HZO/ITO接合を作製するための前駆体の均一性向上のため、下部電極ITOのみPLD成膜し、強誘電層HZOについては、原子層堆積法(ALD)により成膜した。まず、膜厚10nmのHZO/ITOヘテロ接合を作製し、上部電極としてPtを付して強誘電ヒステリシスを評価した。その結果、ALD膜ではPLD膜に比して残留分極が50％以上大きくなった。しかし、FTJにおいて必須とされる膜厚5nm未満においては、PLDでは4nm程度でも強誘電性を示すのに対し、ALDでは強誘電性は消失し、リーク電流も大きかった。これは、ALDではHf、Zrを交互供給するため、膜厚が極めて薄い場合は組成分布の不均一性が顕著になるからと考えられる。超薄膜における強誘電性の安定性は、必ずしも通常の膜厚(10‐20nm)のそれとは一致せず、組成や作製方法により大きく依存すると考えられる。第二に、強誘電トンネルバリア層の構造制御、すなわち、下部電極と強誘電層の界面に1nm程度の常誘電性を挿入して、抵抗スイッチング向上を試みた。複数の常誘電材料(DE)について検討の上、HZO/DE/ITO接合を作製しFTJのI-V特性を評価した。強誘電/電極界面からの結晶化により、平坦性と均一性に優れた強誘電ヘテロ接合を作る本研究課題独自の”準エピタキシャル成長”は、DEが蛍石基構造でなくても、材料系によっては殆ど影響を受けないことが分かった。しかし抵抗スイッチング特性の改善は見られず十分な不揮発性メモリ機能を得るまでには至らなかった。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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