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電子顕微鏡解析を用いた抵抗変化型アナログメモリによる人工シナプス回路素子の研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J01441
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

村上 暢介  北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2014年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード抵抗変化型メモリ / ReRAM / 透過型電子顕微鏡 / TEM / Electromigration / その場観察 / ニューラルネットワーク / ナノギャップ
研究実績の概要

情報処理技術の更なる発展のため、半導体集積回路には高性能化と消費電力の低減という2つの困難な課題の両立が求められている。従来の手法(微細化)による解決が極めて難しい状況の中で、電流・電界による金属原子の移動現象は従来と異なる新たなデバイス形成・デバイス動作原理の1つになるものとして大きく注目されている。
金属原子移動現象は、抵抗変化型メモリ(ReRAM:Resistive Switching RAM)や、ナノメートルオーダーの極めて微細な金属電極形成の基盤となる現象である。しかし、これらの技術は微細領域におけるメカニズムの理解が十分ではなく、原子移動現象の詳細な理解に基づいた制御技術の確立が大きな課題となっている。そこで本研究では、微小領域における原子移動現象の理解と技術応用を目指し、透過型電子顕微鏡(以下、TEM)による「その場観察」を用いた原子移動現象の解析を行った。TEMによる微細構造観察と電気測定を同時に行える独自のシステムを構築し、原子移動による形状や構造の変化と電気伝導特性の変化を対応付けて考察することを可能とした。
研究の第一段階として、10nm程度の間隔を持つ微細金属電極の形成手法を確立し、第二段階として、それらを応用した平面構造型ReRAM形成と抵抗変化現象の解析を行った。TEM観察を行う為、極めて薄い平面型ReRAMを作成し、電圧印加による可逆な抵抗変化の測定に成功した。また、抵抗変化する瞬間をTEM観察することにより、電極間の絶縁層中で銅による導電パスが抵抗変化に応じて形成・消失する事を観察した。
本研究の結果は、原子移動による抵抗変化現象を全く新たな手法により解析し、応用しようとしたものである。本研究が確立した手法は従来に比べより詳細な解析が可能であり、ReRAMの実用化や原子移動現象の将来的な発展に向けた基盤技術となるものである。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 学会発表 (7件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 平面構造素子を用いたCuフィラメントの発生と消失のTEMその場観察2015

    • 著者名/発表者名
      村上 暢介、米坂 瞭太、浜田 弘一、有田正志、高橋 庸夫
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第71回記念学術講演会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      2015-05-13 – 2015-05-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] In-situ transmission electron microscopy of Cu/MoOx CBRAM2015

    • 著者名/発表者名
      Masashi Arita, Yuki Ohno, Masaki Kudo, Yosuke Murakami, Atsushi Tsurumaki-Fukuchi, Yasuo Takahashi
    • 学会等名
      EMRS 2015 Spring Meeting (EMRS-15), 5JX2U
    • 発表場所
      The Congress Center in Lille, France
    • 年月日
      2015-05-11 – 2015-05-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] エレクトロマイグレーションによるCuナノギャップ電極の作製と応用2014

    • 著者名/発表者名
      米坂 瞭太、越智隼人、村上暢介、有田正志、高橋庸夫
    • 学会等名
      秋季応用物理学会、19p-C8-7
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] In-situ observation of electromigration-induced atomic steps movement2014

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Murakami, Ryouta Yonesaka, Kouichi Hamada, Masashi Arita, and Yasuo Takahashi
    • 学会等名
      The 6th IEEE International Nanoelectronics Conference, (IEEE INEC 2014)
    • 発表場所
      Hokkaido Univ., Japan
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-07-31
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of Cu nanogaps by electromigration and its application2014

    • 著者名/発表者名
      Ryouta Yonesaka, Hayato Ochi, Yosuke Murakami, Masashi Arita, and Yasuo Takahashi
    • 学会等名
      The 6th IEEE International Nanoelectronics Conference, (IEEE INEC 2014)
    • 発表場所
      Hokkaido Univ., Japan
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-07-31
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Magnetroresistance and microstructure of Fe-MgF2 single layer granular films2014

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Yokono, Eita Sato, Yosuke Murakami, Masashi Arita, and Yasuo Takahashi
    • 学会等名
      The 6th IEEE International Nanoelectronics Conference, (IEEE INEC 2014)
    • 発表場所
      Hokkaido Univ., Japan
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-07-31
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Dynamical observation of Cu/MoOx resistive RAM2014

    • 著者名/発表者名
      Masashi Arita, Masaki Kudo, Yuuki Ohno, Yosuke Murakami, and Yasuo Takahashi
    • 学会等名
      EMRS 2014 Spring Meeting (EMRS-14), 77JRX
    • 発表場所
      The Congress Center in Lille, France
    • 年月日
      2014-05-26 – 2014-05-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] ナノ物性科学研究室ホームページ

    • URL

      http://www.nano.eng.hokudai.ac.jp/~bukkou/index.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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