2022 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ材料を用いたナノギャップNMES素子の動作機構解明と記憶素子応用技術の開発
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20K05291
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| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
菅 洋志 千葉工業大学, 工学部, 教授 (60513801)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フラーレン / フラーレン誘導体 / 抵抗変化素子 / 電子線リソグラフィー / 不揮発性素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、フラーレン分子数個の相互作用によるナノ接合の状態制御とそれを原理とするNMES(ナノ材料エレクトロシステム)素子のメカニズムの解明を目的とする．計画に従い研究を実施し，下記の研究成果を得た．これまでに，自己組織化C60ナノワイヤ（以下、C60NW）を用いてソース・ドレイン電極を備えた二端子素子を作製し，この素子の安定した抵抗スイッチ効果を確認している．しかし，C60NWの形状制御が困難であり，C60NWの配置を制御することが出来ないため素子作製が非常に困難であった．そこで，素子デザインが自由に行える手法を開発した．今回，C60 pyrrolidine tris-acid（以下，CPTA）溶液に着目し．CPTA溶液をスピンコート法で成膜することで素子を作製することを試みた．CPTAと基板の密着性を向上させるために豊富な酸素欠損が必要なため，アモルファス構造で成膜できる原子層堆積装置(以下，ALD）を使用した．さらに先行研究により電子線を照射することでフラーレンの導電性を向上することが報告されている．これらの技術を利用することで素子デザインを自由に行える端子ナノスケールスイッチングデバイスを作製し，電気特性評価を行った．CPTA 素子においてもSet 電圧と Reset 電圧を印加することで，高抵抗状態と低抵抗状態との2つの状態で安定した 300 cycle の抵抗スイッチング特性が得られた．ソースドレイン間に流れるピーク電流量が指数関数的に減少することは，通常の線形抵抗モデルでは，指数関数的な現象は説明することが出来ず，この現象をC60の重合によって導電チャネルが維持されるパーコレーションモデルで説明できることを示した．また，電子線照射形状におけるNDR依存性もしらべ，明らかにし，より高いスイッチング性能を実現できるパターン設計の可能性を明らかにした．
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