2012 Fiscal Year Research-status Report
抵抗変化型メモリと量子ドットの融合によるリコンフィギュラブル微小配線と素子応用
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24760283
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
中岡 俊裕 上智大学, 理工学部, 准教授 (20345143)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 量子ドット / ReRAM / ナノギャップ電極 |
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| Research Abstract |
本研究では、抵抗変化型不揮発性メモリ（ReRAM）材料におけるスイッチング動作と、ナノ構造、ナノスケール電極との融合をはかり、未だ不明な点が多いReRAM現象の解明とナノスケール機能配線手法を提案・実証することを目的とした。
分子ビームエピタキシーにより成膜したGaAs基板上の直径20-40 nm程度の量子ドットとそれらを含まないウェハの2種類を用意した。量子ドットの高さは5～10 nm程度、直径は20～40nm程度であり、密度は であった。電極として、Pt/Auを用い、フォトリソグラフィーと斜め蒸着により、電極を作成し、その上部に、ReRAM材料である酸化アルミニウム（AlxO1-x）を厚み10 nm成膜した。電極間の幅が約20mのマクロギャップ素子と、約40nmのナノギャップ素子の2つのタイプ、量子ドットの有無を含め4タイプの素子を作製した。これらの素子を多数作成し、電流電圧特性を詳細に測定した。まず量子ドットを含まないものにおいて述べる。マクロギャップ素子においては、１V程度において高抵抗状態から低抵抗状態（SET)へ、逆の低抵抗状態から高抵抗状態（RESET)の急峻で良好なスイッチングを測定した。両動作は同一極性で生じ、ユニポーラ動作であることがわかった。一方、ナノギャップ素子においては2～3V付近でSET,逆極性の-2～3V付近でRESET動作するバイポーラ動作を確認できた。このような電極間隔に依存する極性動作はこれまでに報告がなく、本研究で明らかになった新しい知見である。伝導フィラメントを形成する酸素空孔の荷電状態が電極からのキャリア注入により変化するというモデルにより本新知見を説明する事ができた。
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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
量子ドットを含まない素子において得た結果は、これまで未解明であった伝導フィラメント形成メカニズムの理解を進めるもので、次世代メモリと期待されているReRAMの研究進展につながる。一方、量子ドットを含む素子において同様の測定をしたところ、SETやRESETらしき現象が複数観測され、予想外に電流―電圧特性がやや不安定であったが、量子ドットの存在により、周りの環境に敏感なフィラメントが多数発生したためと予想しており、さらなる電極の微細化と、ReRAM材料の見直しにより解決できると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、さらなる電極の微細化と、ReRAM材料の見直しにより、フィラメントの数を制限することで、より安定した電流特性を目指す。これにより、量子ドット近傍の伝導フィラメント形成の研究を進め、ナノ配線の応用へと進めたい。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
さらなる電極の微細化を達成するために、プロセスに必要な薬品、機器部品を購入する。また素子観察のための光学部品、微細な電流変化を見流さないために電子部品を購入する。
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