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透過型電子顕微鏡を用いた抵抗変化型メモリの動作機構解明の研究

研究課題

研究課題/領域番号 11J01822
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 電子デバイス・電子機器
研究機関北海道大学

研究代表者

藤井 孝史  北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2011 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
700千円 (直接経費: 700千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード抵抗変化型メモリ / 酸化物 / 固体電解質 / 透過型電子顕微鏡
研究概要

抵抗変化型メモリ(ReRAM)は金属酸化物材料薄膜や固体電界質薄膜の抵抗変化現象を利用したメモリで、微細化・高集積化可能、低消費電力、不揮発性の機能を有した次世代メモリとして期待されている。しかしながら、ReRAMは記憶保持の原理である「薄膜の抵抗変化」の物理的なメカニズムが明らかになっていない。ReRAMを実用化するためには、その信頼性保障のため、抵抗変化の物理的なメカニズムを解明することは不可欠である。この抵抗変化は薄膜中の構造と抵抗変化には密接なかかわりがあると考えられ、薄膜の構造観察は抵抗変化メカニズムを解明に大いに貢献できる。そこで、本研究は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて抵抗変化材料の構造観察と伝導特性を同時に行う『TEM内同時観察』を行い、抵抗変化材料の内部構造に着目して抵抗変化の物理的な原理解明に迫った。
2種類の固体電解質材料に対して、TEM内同時観察を行い、抵抗変化機構について検証した。ひとつ目のサンプルとして、単層固体電解質薄膜のCuGeSを用いた。TEM観察中に1-Vヒステリシス特性を取得することに成功した。同時にCuGeS薄膜内にフィラメントの形成と消失する様子を観察することができた。フィラメントを電子線回折やエネルギー分散型X線分光による分析をしたところ、Cuがフィラメントの主成分であることが分かった。二つ目は、絶縁膜/固体電解質2層構造のサンプルについてTEM内同時観察を行った。電圧印加の際に、固体電解質層内に析出物が現れ、抵抗が変化する様子が観察された。析出物の主成分はCuであり、固体電解質層内のCuが電界によって動いていることが実験的に捉えることに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

固体電解質材料において、抵抗変化時の伝導パスの形成と消失を明確に捉える事が出来た。特に、伝導パス消失の過程を観察できたことが大きな進展であった。

今後の研究の推進方策

実用メモリデバイスの利用を念頭に置いて、保持特性、繰り返し特性の取得を行うことが必要であると考えている。そのためには、より実用に近い形のTEM観察用サンプルの作製が必要である。

報告書

(1件)
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Analysis of Resistance Switching and Conductive Filaments inside Cu-GeS by Using In-situ Transmission Electron Microscopy2012

    • 著者名/発表者名
      T.Fujii, M.Arita, Y.Takahashi, I.Fujiwara
    • 雑誌名

      Journal of Materials Research

      巻: 26 号: 6 ページ: 886-896

    • DOI

      10.1557/jmr.2011.437

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Resistance switching properties of molybdenum oxide films2012

    • 著者名/発表者名
      M.Arita, H.Kaji, T.Fujii, Y.Takahashi
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 520 号: 14 ページ: 4762-4767

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2011.10.174

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In-situ TEM Analysis of Conductive Filament in a Solid Electrolyte Resistance Switching2011

    • 著者名/発表者名
      T.Fujii, M.Arita, Y.Takahashi, I.Fujiwara
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 98 号: 21 ページ: 59-64

    • DOI

      10.1063/1.3593494

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In-Situ Transmission Electron Microscopy Analysis of Conductive Filament in Resistance Random Access Memories2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Takahashi, T.Fujii, M.Arita, I.Fujiwara
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 41 号: 7 ページ: 81-92

    • DOI

      10.1149/1.3633287

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Observation of "Conduction Spot" on NiO Resistance Random Access Memory2011

    • 著者名/発表者名
      H.Kondo, M.Arita, T.Fujii, H.Kaji, M.Moniwa, T.Yamaguchi, I.Fujiwara, M.Yoshimaru, Y.Takahashi
    • 雑誌名

      Japanese Jounal of Applied Physics

      巻: 50 号: 8R ページ: 081101-081101

    • DOI

      10.1143/jjap.50.081101

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 抵抗変化メモリ動作のTEMその場観察を念頭においた試料作製方法の開発2012

    • 著者名/発表者名
      工藤昌輝、大野裕輝、藤井孝史、浜田弘一、有田正志、高橋庸夫
    • 学会等名
      春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都)
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 反応性スパッタにより作製したMoOx薄膜の抵抗スイッチ特性2012

    • 著者名/発表者名
      高見澤圭佑、川西敬仁、藤井孝史、浜田弘一、有田正志、高橋庸夫
    • 学会等名
      春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都)
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] MoOxを用いた抵抗変化メモリの特性と膜形状評価2012

    • 著者名/発表者名
      高見澤圭佑、川西敬仁、藤井孝史、浜田弘一、有田正志、高橋庸夫
    • 学会等名
      第47回応用物理学会北海道支部学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 年月日
      2012-01-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 固体電解質ReRAMのTEMその場観察2011

    • 著者名/発表者名
      藤井孝史、有田正志、浜田弘一、高橋庸夫、藤原一郎
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会北海道支部学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 年月日
      2011-12-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] In-Situ Transmission Electron Microscopy Analysis of Conductive Filament in Resistance Random Access Memories2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Takahashi, T.Fujii, M.Arita, I.Fujiwara
    • 学会等名
      220th Electrochemical Society Meeting
    • 発表場所
      Westin Boston Waterfront and Boston Convention & Exhibition Center, Boston, USA(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-11
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Co酸化物を用いたモノポーラ動作ReRAMにおける多値動作の可能性2011

    • 著者名/発表者名
      川西敬仁、高見沢圭佑、藤井孝史、浜田弘一、有田正志、高橋庸夫
    • 学会等名
      秋季第72回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      山形大学(山形県)
    • 年月日
      2011-08-31
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Mo酸化物薄膜の抵抗スイッチ特性2011

    • 著者名/発表者名
      有田正志、梶宏道、高見澤圭佑、藤井孝史、川西敬仁、浜田弘一、高橋庸夫
    • 学会等名
      秋季第72回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      山形大学(山形県)
    • 年月日
      2011-08-31
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 固体電解質ReRAMのフィラメント形成観察とその組成分析2011

    • 著者名/発表者名
      藤井孝史、有田正志、浜田弘一、高橋庸夫、藤原一郎
    • 学会等名
      秋季第72回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      山形大学(山形県)
    • 年月日
      2011-08-30
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Resistance switching properties of molybdenum oxide films2011

    • 著者名/発表者名
      M.Arita, H.Kaji, K.Takamizawa, T.Fujii, T.Kawanishi, Y.Takahashi
    • 学会等名
      EMRS 2012 Spring Meeting
    • 発表場所
      Congress Center, Nice, France
    • 年月日
      2011-05-11
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] In-situ TEM Analysis of Conductive Filament in a Solid Electrolyte Resistance RAM2011

    • 著者名/発表者名
      T.Fujii, M.Arita, Y.Takahashi, I.Fujiwara
    • 学会等名
      2011 MRS Spring Meeting
    • 発表場所
      Moscone West Convention Center, San Fransisco, USA
    • 年月日
      2011-04-28
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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