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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Realization of large capacity non-volatile memory using layered chalcogenides pn-junction selector

Research Project

Project/Area Number 18K14306
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

齊藤 雄太  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 (50738052)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Keywords層状カルコゲナイド / テルライド / pn接合 / トポロジカル絶縁体
Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究で、高配向Bi2Te3/Sb2Te3積層膜のpn接合デバイスによる縦方向整流作用の測定を行なった結果、電流-電圧特性は線形的なオーミック挙動を示し、非線形な整流作用を示さないことがわかった。これは、どちらの層も縮退半導体であり、金属的な電気伝導挙動を示すことに起因すると考えられた。ヘテロ界面においてBiとSbが数nmスケールの相互拡散をしていることがわかり、この界面拡散が電気特性に影響を与えている可能性を考慮し、拡散バリア層としてアモルファスSiをスパッタ法にて成膜した。しかしながら、界面での拡散は抑制されてはいるが、依然として電気特性は線形的で、整流作用を示さなかった。これは、アモルファスSi層は拡散防止には効果的だが、電気的には整流作用を生じさせる効果は期待できないことを示している。第一原理計算によって、Bi2Te3とSb2Te3の格子定数と近く、かつバンドギャップが大きい(電気抵抗が高い)物質を体系的に調査した結果、ヘキサゴナルBNが拡散防止効果および高い電気抵抗層として働く可能性があることが示唆された。現在、上記の一連の結果について論文執筆中である。
各層の抵抗を高める可能性の一つとして、組成の変調が挙げられる。一方で、組成が変わるとスパッタリング法による成膜挙動も変化する可能性が指摘されたため、様々なTe系カルコゲナイド薄膜の成膜挙動の詳細な研究も実施した。
さらに、高い配向性を持ちつつ、より高抵抗を示す可能性のある材料候補が絞り込まれつつあり、今後本研究終了後も継続して実験による検証を行っていく予定である。

  • Research Products

    (7 results)

All 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] High-quality sputter-grown layered chalcogenide films for phase change memory applications and beyond2020

    • Author(s)
      Saito Yuta、Fons Paul、Kolobov Alexander V、Mitrofanov Kirill、Makino Kotaro、Tominaga Junji、Hatayama Shogo、Sutou Yuji、Hase Muneaki、Robertson John David
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: - Pages: 印刷中

    • DOI

      doi.org/10.1088/1361-6463/ab850b

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 相変化材料の材料設計指針とテルライド材料の新しい展開2020

    • Author(s)
      齊藤雄太
    • Organizer
      2020年第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] 層状カルコゲナイドpn接合の作製とその界面および電子状態2020

    • Author(s)
      齊藤雄太、Paul Fons、牧野孝太郎、Kirill V. Mitrofanov、上杉文彦、竹口雅樹、Alexander V. Kolobov、富永淳二
    • Organizer
      2020年春期(第166回)日本金属学会講演大会
  • [Presentation] Origin of electrical contrast in interfacial phase change memory2019

    • Author(s)
      Yuta Saito
    • Organizer
      Insulating Films on Semiconductors (INFOS 2019)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Revisiting the growth mechanism of layered crystalline phase change materials by sputtering2019

    • Author(s)
      Yuta Saito, Alexander V. Kolobov, Paul Fons, Kirill V. Mitrofanov, Kotaro Makino, Junji Tominaga, Muneaki Hase, and John Robertson
    • Organizer
      European Phase Change and Ovonics Symposium 2019 (EPCOS2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 相変化メモリ用カルコゲナイド材料の開発2019

    • Author(s)
      齊藤雄太
    • Organizer
      2019年秋期(第165回)日本金属学会講演大会
    • Invited
  • [Presentation] Recent update on the growth of crystalline phase change materials by sputtering2019

    • Author(s)
      Yuta Saito, Paul Fons, Alexander V. Kolobov, Kirill V. Mitrofanov, Kotaro Makino, Junji Tominaga, Shogo Hatayama, Yuji Sutou, Muneaki Hase, and John Robertson
    • Organizer
      31st Symposium on Phase Change Oriented Science 2019 (PCOS2019)

URL: 

Published: 2021-01-27  

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