2018 Fiscal Year Research-status Report
Appearance of conductance quantization in binary transition metal based resistive switching
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18K04234
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
西 佑介 京都大学, 工学研究科, 助教 (10512759)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 抵抗変化 / 金属酸化物 / 量子化コンダクタンス / コンダクタンス変動 / 酸素空孔 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、1. Pt/NiO/Pt素子におけるコンダクタンスの量子化およびコンダクタンス変動に関する実験的および理論的検証、2.Pt/TiO_2/Pt素子のTiO_2の結晶性や酸素組成が素子の抵抗スイッチング特性に与える影響に関する実験的考察、などを実施した。
Pt/NiO/Pt素子で確認されたコンダクタンスの連続的な変動は、電界のみならず単なる熱によって消失しうる特性を示すことがわかった。この特性はコンダクタンスの量子化でも見られることから、コンダクタンス変動の起源はNiO中の酸素空孔ではあるものの量子ポイントコンタクトを安定に形成しうるまでには至らない凝集形態であると考えられる。また、セミフォーミングによって形成される量子ポイントコンタクトを含む導電性フィラメントの熱による断裂の定量化に向け、従来のフォーミングで形成される導電性フィラメントのジュール熱による断裂(リセット)特性をシミュレーションを用いて検証した。
もう一方のPt/TiO_2/Pt素子に関しては、TiO_2の結晶性が素子の抵抗スイッチング特性に及ぼす影響を調べるべく、結晶性(形成方法)の異なる下部電極Ptを用いた。酸化物の結晶性が下部電極の結晶性に依存する点はNiOを用いた素子と同様であるが、結晶性よりも酸化物中の酸素組成の方がその依存性が大きいことが明らかとなった。酸化物の違いによるこうした特徴の違いは、酸化物の単位格子結晶構造や堆積時の堆積モードが異なる点が主な理由であり、酸化物中の酸素空孔の分布(結晶性)や密度(酸素組成)が抵抗スイッチング特性の制御の鍵であると考えられる。
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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
Pt/NiO/Pt素子におけるコンダクタンスの量子化に関する実験的検証についてはさまざまなトラブルが重なり当初の実験計画を完遂できていないが、その分シミュレータを導入し拡散方程式に基づくシミュレーションを用いてリセット特性の定量的解析に着手して挽回するに至っている。また、Pt/TiO_2/Pt素子における量子化コンダクタンスの発現可能性について一定の知見を得ることができた。期間全体を通してみれば、順調に進んでいるとみなせるものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、Pt/NiO/Pt素子での量子化コンダクタンスの発現確率向上のため、素子形成後の熱処理を導入することを考えている。現行の酸化物堆積条件は物理蒸着の要素が強く、粒界内の酸素空孔密度にばらつきが大きく上記発現確率が制限されているものと考えられるため、化学平衡を利用した酸素空孔の調整を図る予定である。
また、下部電極としてPt以外の材料を用いることにより、下部電極と酸化物との間における結晶性の相関に関する普遍的な知見を得ることを検討している。
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| Causes of Carryover |
前年度の計画からの未消化額は1万円以下の端数であり、基金の特長を生かし次年度に繰り越させていただけると幸甚である。
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Research Products
(10 results)
