2013 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物／金属ヘテロ界面のナノイオニクス現象の解明と制御
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24360278
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
鶴岡 徹 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (20271992)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 原子スイッチ / 抵抗変化メモリー / 酸化物 / ナノイオニクス / ヘテロ界面 |
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| Research Abstract |
Cu/Ta2O5/PtおよびAg/Ta2O5/Pt素子の高速抵抗スイッチングにおける遷移電流の変化を詳細に解析した。OFF状態からON状態へのSET時間は1ns以下まで速くなることを確認した。SET時間は入力電圧パルスの振幅だけでなく，直前のOFF抵抗に強く依存する。また，Cu電極よりもAg電極の方が低い電圧で速いSET時間を実現できることを見出した。これは，Ag,Cuイオンの伝導度と核形成時間の差に起因すると考えられる。一方，ON状態からOFF状態へのRESET時間は直前のON抵抗が高いほど短くなり，600ΩのON抵抗で数ナノ秒程度まで速くなることを見出した。RESET操作に必要な電力は直前のON抵抗に強く依存し，熱的な要因がナノフィラメントの溶解に寄与していると考えられる。これらの結果は，酸化物原子スイッチが高速のスイッチングメモリー素子として有望であることを示唆している。
pAレベルの微少電流を検出できるサイクリックボルタンメトリー（CV）計測システムを構築し，Cu(Ag)/Ta2O5界面の酸化還元反応に伴う微少なイオン電流の計測に成功した。Cu(Ag)電極に正バイアスを印加するとCu(Ag)が1価および2価のイオンに酸化し，負バイアスではこれらのイオンがCu(Ag)に還元されることが明瞭に観測された。Cu(Ag)から１価のCu(Ag)イオンへの酸化反応の対応する電流成分の電圧掃印速度依存性から１価のCu(Ag)イオンの平均濃度，拡散係数，および移動度を見積もることができた。その結果，酸化物薄膜中のイオン移動度はバルク値よりも数桁高く，母体酸化物のナノスケール化により金属イオン伝導が増大することがわかった。
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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
高速動作スイッチ時間の計測によりSET/RESET時間の律速過程が明らかになってきた。近接場光学顕微鏡（NSOM）によるナノフィラメントの形成位置特定と物性解析が計画より遅れているが，当初予定していなかったCV法によるCu(Ag)/Ta2O5界面の酸化還元反応の詳細な解明など新たな展開もあり，おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き研究計画に沿って研究を推進する。最終年度は，進捗が遅れているNSOMによるナノフィラメントの位置特定と物性解析，CAFMとインピーダンス分光を組み合わせた高空間分解計測を重点的に進める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
年度前半の６ヶ月間はドイツ・アーヘン工科大学に研究留学していたため，CAFMおよびNSOM測定が計画より少し遅れることとなった。また，CV法による陽極電極界面の酸化還元反応を調べることに注力したため，その計測系の構築を優先した。そのため，CAFMおよびNSOM測定に必要な研究費を来年度に繰り越すこととした。
CAFM測定に必要なピエゾスキャナーとNSOM測定用に液体窒素容器の購入を計画している。国際会議での成果発表も来年度に多く行う予定であり，これらの予算執行が次年度の繰り越し分に相当する。当初の来年度予算の執行には特に変更はない。
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