2022 Fiscal Year Annual Research Report
The invention of hafnium-based multi-bit non-volatile memory utilizing polarization/charge trap smart functions
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19H00758
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大見 俊一郎 東京工業大学, 工学院, 准教授 (30282859)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長岡 克己 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (80370302)
後藤 哲也 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 特任教授 (00359556)
舟窪 浩 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90219080)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 分極 / 電荷蓄積 / 強誘電体 / 高誘電率薄膜 / 電子サイクロトロン共鳴(ECR)スパッタ法 / 高周波(RF)マグネトロンスパッタ法 / 不揮発性多値メモリ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度となる２０２２年度は二酸化ハフニウム(HfO2)薄膜をブロック層とトンネル層に用い、窒化ハフニウム（HfN）薄膜を電荷蓄積層に用いた、Hf系金属/酸化膜/窒化膜/酸化膜/シリコン(MONOS)構造のブロック層に強誘電性ノンドープ二酸化ハフニウム(FeND-HfO2)薄膜を導入した強誘電体/窒化膜/酸化膜/Si（FeNOS）構造と、FeND-HfO2をゲート絶縁膜に用いた強誘電体ゲートトランジスタ(MFSFET)を形成し、不揮発性アナログメモリの動作に関する検討を行った。
まず、電子サイクロトロン共鳴(ECR)スパッタ法により作製したFeNOS型ダイオードを用いて、電荷蓄積型と分極型の不揮発性メモリ特性に関する検討を行った。入力パルスの電圧を8 V、幅を1 msから100 msと変化させ電荷蓄積動作をさせることにより、容量-電圧特性のフラットバンド電圧を-0.5 V、0 V、0.6 V、1.1 Vと制御し2ビット/セル動作を実現した。さらに、各状態において 3 V/100 msの入力パルスを印加して部分分極動作させることにより、フラットバンド電圧を0.1 Vの精度で制御可能であることを実証した。
次に、高周波(RF)マグネトロンスパッタ法により作製したFeND-HfO2を用いたMFSFETにおいて、入力パルスによるしきい値電圧制御の検討を行った。入力パルス5 V/100 nsにより、10 mV程度の高精度なしきい値電圧制御が可能であることがわかった。さらに、3 Vの入力パルスによりしきい値電圧の制御が可能であることを明らかにした。以上の結果をふまえ、シュミットトリガー回路と集積化した場合の発振周波数変調の解析を行い、MFSFETのしきい値電圧を入力パルスにより制御することにより、発振周波数を120 kHzから20 MHzの範囲で制御可能であることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
ホームページに「科研費基盤研究(A)」のページを掲載し、概要を公開した。
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