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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Displacive transforamtion-type polymprohic semiconductors for non-volatile memory

Research Project

Project/Area Number 21H04604
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

須藤 祐司  東北大学, 工学研究科, 教授 (80375196)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 卓也  東北大学, 工学研究科, 助教 (10804172)
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) 2021-04-05 – 2022-03-31
Keywords相変化メモリ / 無次元数 / トムソン効果 / 不揮発性メモリ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、結晶多形転移半導体を提案し、その多形転移機構の学理を構築すると共に、次世代メモリ:「結晶多形メモリ」に向けた材料ブレークスルーを目指すことを目的としている。本研究期間では、相変化メモリデバイスのメモリ層である相変化材料層のジュール加熱による温度上昇について、特に、温度上昇に及ぼすトムソン効果を評価するための新しい無次元数を作成した。本解析にあたっては、既存のGe-Sb-Te系相変化材料(GST)を例として取り上げ評価した。その結果、トムソン効果は、電極とGST相変化材料の界面での接触抵抗の寄与を示す無次元数:C=ρ/(Δx/σ)に支配されることが分かった。ここで、ρは電極と相変化材料の接触抵抗、Δxは相変化材料の厚さ、σは相変化材料の電気伝導度を示す。Cが1よりも非常に小さい場合、即ち、相変化材料の体積抵抗が支配的な場合は、トムソン効果は無次元数:B=μ・σ・ΔΦ/kによって評価できることが分かった。ここで、μはトムソン効果、ΔΦは電圧、kは相変化材料の熱伝導度である。一方、Cが1に近いあるいは1より大きい場合、即ち、電極と相変化材料の接触抵抗が無視できない場合は、トムソン効果は無次元数:B/(1+C)により評価できることが分かった。以上の無次元数を用いた解析により、GST系相変化材料の場合では、GSTが高温になるとトムソン効果に起因して温度上昇が約10~20%抑制されることが分かった。
以上の無次元数解析を導入することで、多形半導体メモリの動作メカニズムをより深く理解することが可能となる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (2 results)

All 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Hanyang University(韓国)

    • Country Name
      KOREA (REP. OF KOREA)
    • Counterpart Institution
      Hanyang University
  • [Journal Article] Influence of Thomson effect on amorphization in phase-change memory: dimensional analysis based on Buckingham’s Пtheorem for Ge2Sb2Te52021

    • Author(s)
      Takuya Yamamoto, Shogo Hatayama, Yun-Heub Song, Yuji Sutou
    • Journal Title

      Materials Research Express

      Volume: 8 Pages: 115902-1-12

    • DOI

      10.1088/2053-1591/ac3953

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

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