| 研究課題/領域番号 |
22K14485
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
畑山 祥吾 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (50910501)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | セレクタ材料 / 揮発性スイッチ / クロスポイント型素子構造 / 結晶酸化物 / セレクタ / 遷移金属 / 耐熱性 / 不揮発性メモリ / 酸化物 / 非線形性 / カルコゲナイド |
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| 研究開始時の研究の概要 |
セレクタとして実用化されているアモルファスカルコゲナイド(OTS)には耐熱性向上のため環境負荷の高いAsやSeが含まれており、動作電圧も大きい。そのため、As・Seフリーで高耐熱性と低動作電圧を兼ね備えた新規セレクタ材料が強く望まれている。
このような社会的要望に応えるべく、本研究では元素添加によるバンド構造制御を通じて結晶酸化物へのセレクタ機能付与の可否を調査する。安定な結晶酸化物を用いることでAsやSeを用いずとも高い耐熱性を実現し、作成条件の最適化により動作電圧の低減も期待できる。元素添加バンドエンジニアリングに関する学理を構築し、既存材を凌駕する結晶酸化物型セレクタ材料の実現を目指す。
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| 研究成果の概要 |
遷移金属酸化物(TM-O)を基材に、高い耐熱性を有する新規セレクタ材料の開発を行った。TM-Oは通常絶縁体的な特性を示すが、第三元素として13-16族元素を添加することでセレクタとしてのON/OFF機能を付与出来ることを見出した。特にTeを添加したケースにおいては、400℃近い耐熱性を有する高耐熱性セレクタ材料を実現することができた。第三元素を添加したママのTM-Oはアモルファス相を呈したが、組成や熱処理を工夫することで、相分離せずに結晶化させることにも成功し、結晶酸化物型セレクタ材料の実現に向けた材料シーズの開拓にも成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
セレクタ材料は、次世代半導体デバイスを実現するクロスポイント型素子構造におけるキーマテリアルである。半導体製造プロセスの観点から、400℃以上の熱処理に耐えることが求められ、従来はAsやSeなどの毒性元素を含むことで高い耐熱性を実現してきた。一方、世界的に環境負荷の低減が進む昨今の社会事情から、As・Seフリーな新材料が求められてきた。本研究では、一般的なセレクタ材料系とは程遠いTM-Oに第三元素を添加して電子構造を制御することでON/OFFスイッチを発現させることに成功した。このことは、セレクタ材料開発において、新たな元素選択戦略を開拓するものであり学術的にも社会的にも意義が大きい。
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