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多段相変化型単一合金薄膜を用いた多値記録不揮発性メモリの開発

研究課題

研究課題/領域番号 10J05810
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 構造・機能材料
研究機関東北大学

研究代表者

齊藤 雄太  東北大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2010 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード相変化メモリ / 相変化材料 / カルコゲナイド / アモルファス / 結晶化 / 多値記録
研究概要

最終年度である本年度は、新規に開発したGeCu_2Te_3(GCT)三元化合物とこのGCTを含むGeTe-CuTe擬二元化合物の諸特性について体系的に調査した。またGCTと既存材料であるGSTを組み合わせたメモリデバイスを作製することで、電流印可による多値記録動作を試みた。
これまでの研究から、GCTは低融点を有するためアモルファス化に伴う消費電力が低く、さらに結晶化温度も高くアモルファスの安定性も高いことがわかっていた。一方、メモリ用材料として用いる場合、高速書き換え動作を実現するために結晶化に要する時間も重要なパラメータになる。そこでレーザー照射装置でGCTアモルファス薄膜の結晶化、アモルファス化時間を測定した。GCTは高速結晶化材料として知られるGSTと同等の結晶化時間を示し、またアモルファス化はGSTに比べ時間、電力ともに半分程度と、レーザー試験においても低消費電力であることが確認された。これらの結果から、GCTは高耐熱性、低消費電力、高速結晶化という優れた特性を併せ持つ材料であることを明らかにした。
GeTe-CuTe擬二元合金の諸特性の組成依存性を調べた結果、GeTe、GCT両化合物から組成がずれると結晶化温度は上昇するが、結晶化時間も遅くなることがわかった。また、アモルファスと結晶の体積変化や反射率変化の組成依存性を調べた結果、GeTe-CuTe擬二元合金は結晶化に伴いGeTeとGCTに相分解することがわかった。
GCTとGSTを積層させたメモリデバイスを作製した。異なる材料を組み合わせる場合、それぞれの材料特性の関係が最適化されている必要があるが、GCTとGSTはそれらの関係を満たすことが基礎実験から確認されていた。実際に作製したデバイスの電気特性を測定すると、どちらもアモルファスの高抵抗状態、GSTのみ結晶化した中間抵抗状態、どちらも結晶化した低抵抗状態の三段階の抵抗状態を持たせることができた。また、それぞれの状態間の変化も印可電流・電圧を調整することで制御できることが確認された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

3年間の研究期間の中で、Ge-Te-Si及びGe-Te-Cu系新規三元相変化材料の開発を行った。その中でも特にGeCu_2Te_3(GCT)三元化合物を見出し、その優れた特性について様々な分析により明らかにしてきた。さらに、GCTとGSTを用いることで、新しい材料の組み合わせで多値記録デバイスの作製に成功した。よって、本研究では、当初の計画以上に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

本研究課題の期間は終了したが、今後、さらに研究を推進させるためには100nmやそれ以下の微細なデバイスによる電気特性の測定が必要であると考えられる。特に、消費電力や繰り返し回数の観点から新材料のデバイス特性を評価していくことが望まれる。

報告書

(3件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2013 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (17件) (うち査読あり 14件) 学会発表 (10件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Optical contrast and laser-induced phase transition in GeCu_2Te_3 thin film2013

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 102 号: 5

    • DOI

      10.1063/1.4791567

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fourfold coordinated Te atoms in amorphous GeCu_2Te_3 phase change material2013

    • 著者名/発表者名
      R Jovari、須藤祐司、I. Kaban、斎藤雄太、小池淳一
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 68 号: 2 ページ: 122-125

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2012.09.028

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Si addition on the crystallization behavior of GeTe phase change materials2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 雑誌名

      Journal of Physics D : Applied Physics

      巻: 45 号: 40 ページ: 405302-405302

    • DOI

      10.1088/0022-3727/45/40/405302

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-resistance characteristics of PCRAM with Ge_1Cu_2Te_3 and Ge_2Sb_2Te_5 film2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、Y. H. Song、J. M. Lee、須藤祐司、小池淳一
    • 雑誌名

      IEEE Electron Device Letters

      巻: 33 号: 10 ページ: 1399-1401

    • DOI

      10.1109/led.2012.2210534

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fast crystal nucleation induced by surface oxidation in Si-doped GeTe amorphous thin film2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 100 号: 23

    • DOI

      10.1063/1.4726107

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization and electrical characteristics of Ge_1Cu_2Te_3 films for phase change random access memory2012

    • 著者名/発表者名
      鎌田俊哉、須藤祐司、隅谷真志、斎藤雄太、小池淳一
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 520 号: 13 ページ: 4389-4393

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2012.02.025

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Compositional dependence on phase change characteristics in Ge-Cu-Te ternary phase change materials2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 雑誌名

      Proceeding of European Phase Change and Ovonic Science Symposium 2012

      巻: 11 ページ: 152-153

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization behaviors and structural study of amorphous GeCu_2Te_32012

    • 著者名/発表者名
      須藤祐司, 齊藤雄太, 小池淳一, P. Jovari, I. Kaban
    • 雑誌名

      Proceeding of European Phase Change and Ovonic Science Symposium 2012

      巻: 11 ページ: 50-55

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A study on phase change characteristics of Ge-Cu-Te ternary alloy thin films2012

    • 著者名/発表者名
      須藤祐司、齊藤雄太、小池淳一
    • 雑誌名

      Proceeding of 24th Symposium on Phase Change Oriented Science 2012

      巻: 24 ページ: 45-48

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] Study of GeCu_2Te_3 by Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      小林啓介、小畠雅明、齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 雑誌名

      Proceeding of 24^<th> Symposium on Phase Change Oriented Science 2012

      巻: 24 ページ: 76-84

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] Crystallization behavior and resistance change in eutectic Si_<15>Te_<85> amorphous film2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 520 号: 6 ページ: 2128-2131

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2011.09.012

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization process and thermal stability of Ge_1Cu_2Te_3 amorphous thin films for use as phase change materials2012

    • 著者名/発表者名
      須藤祐司、鎌田俊哉、隅谷真志、齊藤雄太、小池淳一
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 60 号: 3 ページ: 872-880

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2011.10.048

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization behaviors of Si-doped GeTe phase change materials2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 雑誌名

      Proceedings of European Phase Change and Ovonic Science 2011

      巻: 10 ページ: 197-198

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase change characteristics of Ge_1Cu_2Te_3 films2011

    • 著者名/発表者名
      須藤祐司、齊藤雄太、鎌田俊哉、隅谷真志、小池淳一
    • 雑誌名

      Proceedings of European Phase Change and Ovonic Science 2011

      巻: 10 ページ: 53-59

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ge-Cu-Te films for phase change random access memory2011

    • 著者名/発表者名
      須藤祐司、齊藤雄太、鎌田俊哉、隅谷真志、小池淳一
    • 雑誌名

      Proceedings of the 23rd Symposium on Phase Change Optical Information Storages PCOS 2011

      巻: 23 ページ: 27-29

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [雑誌論文] Electrical Resistance Change with Crystallization in Si-Te Amorphous Thin Films2010

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 雑誌名

      2010 Materials Research Society Symposium Proceeding

      巻: 1251

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization behavior of Ge_1Cu_2Te_3 amorphous film2010

    • 著者名/発表者名
      須藤祐司、鎌田俊哉、齊藤雄太、隅谷真志、小池淳一
    • 雑誌名

      2010 Materials Research Society Symposium Proceeding

      巻: 1251

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Compositional dependence on phase change characteristics 1n Ge-Cu-Te ternary phase change materials2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太
    • 学会等名
      2012 European Symposium on Phase Change and Ovonic Science
    • 発表場所
      タンペレ(フィンランド)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Crystallization behaviors of Si-doped GeTe phase change materials2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太
    • 学会等名
      2011 European Symposium on Phase Change and Ovonic Science
    • 発表場所
      チューリッヒ(スイス)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Phase change behavior of Ge_1Cu_2Te_3 thin films2010

    • 著者名/発表者名
      鎌田俊哉、齊藤雄太、隅谷真志、須藤祐司、小池淳一
    • 学会等名
      The 22nd Symposium on Phase Change Optical Information Storage 2010
    • 発表場所
      熱海
    • 年月日
      2010-11-25
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Electrical resistance change with crystallization in Ge-Cu-Te phase change material2010

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、鎌田俊哉、隅谷真志、須藤祐司、小池淳一
    • 学会等名
      International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Environment 2010
    • 発表場所
      済州、韓国
    • 年月日
      2010-11-23
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] GeTe相変化メモリ材料の結晶化挙動に及ぼすSi添加の影響2010

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、隅谷真志、鎌田俊哉、須藤祐司、小池淳一
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      北海道
    • 年月日
      2010-09-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Ge-Cu-Teアモルファス薄膜の相変化過程に及ぼすSi添加の影響2010

    • 著者名/発表者名
      隅谷真志、鎌田俊哉、齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      北海道
    • 年月日
      2010-09-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Si-TeおよびGe-Te共晶型相変化材料の結晶化過程2010

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、鎌田俊哉、隅谷真志、須藤祐司、小池淳一
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 発表場所
      長崎
    • 年月日
      2010-09-16
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Ge_1Cu_2Te_3薄膜の相変化挙動2010

    • 著者名/発表者名
      須藤祐司、鎌田俊哉、齊藤雄太、隅谷真志、小池淳一
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 発表場所
      長崎
    • 年月日
      2010-09-16
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Crystallization process of eutectic Si-Te and Ge-Te phase change materials2010

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、須藤祐司、小池淳一
    • 学会等名
      2010 European Symposium on Phase Change and Ovonic Science
    • 発表場所
      ミラノ、イタリア
    • 年月日
      2010-09-07
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Phase change behavior of Ge_1Cu_2Te_3 thin films2010

    • 著者名/発表者名
      須藤祐司、鎌田俊哉、齊藤雄太、根石浩司、小池淳一
    • 学会等名
      2010 European Symposium on Phase Change and Ovonic Science
    • 発表場所
      ミラノ、イタリア
    • 年月日
      2010-09-07
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.koike-lab.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.material.tohoku.ac.jp/~kyokugen/lab.html

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.material.tohoku.ac.jp/~kyokugen/lab.html

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [産業財産権] 多値化相変化メモリ素子構造および駆動方法2012

    • 発明者名
      須藤祐司、小池淳一、齊藤一雄太
    • 権利者名
      東北大学
    • 出願年月日
      2012-06-05
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

URL: 

公開日: 2010-12-03   更新日: 2024-03-26  

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