原子間力顕微鏡を用いた酸化物ReRAMにおける抵抗変化機構の解明

• 研究課題/領域番号: 23760313
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 木下 健太郎 鳥取大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (60418118)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2012年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2011年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 抵抗変化メモリ (ReRAM) / ReRAM / ペロブスカイト酸化物 / 単結晶 / 銅酸化物超伝導体 / 抵抗変化 / 水素 / Pt / メカニズム / 国際情報交流

研究概要

Bi2Sr2CaCu2O8+δ 単結晶を用いてReRAMを作製しその結晶学的特徴と超伝導特性を利用することで, メモリ効果の発現にはBi-2212に酸素欠乏層を導入する必要があり, ギブズエネルギーの小さな電極に電極界面近傍の酸素を奪わせることでその実現が可能であることを明らかにした. 強電界によってBi-2212の酸素イオンを移動させ, 酸素欠乏層を修復/生成(酸化/還元)させることでセット/リセットが生じるモデルを提案した. 更に, Ptの触媒効果を利用して水素イオンH+をBi-2212内に効率的に導入することでも, メモリ効果の発現及び抵抗値の制御が可能であることを初めて明らかにした.

研究成果

• [雑誌論文] Resistive switching by migration of hydrogen ions (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Hanada, K. Kinoshita and S. Kishida
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: vol. 101 号: 4 ページ: 043507-043507
  • DOI: 10.1063/1.4737897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental Mechanism for the Memory Effect in Perovskite Oxide-Based ReRAM Consisting of Bi2Sr2CaCu2O8+δ Bulk Single Crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Hanada
  • 雑誌名: Procedia Engineering 巻: 36 ページ: 411-418
  • DOI: 10.1016/j.proeng.2012.03.060
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Speed and Multi-Bit Resistive Switching Brought about by Migration of Hydrogen Ions in Resistive Random Access Memory Consisting of Bi2Sr2CaCu2O8+δSingle Crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Hanada, K. Kinoshita, K. Matsubara,and S. Kishida
  • 雑誌名: Proceedings of IEEE International Memory Workshop 2012 ページ: 198-201
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Speed and Multi-Bit Resistive Switching Brought about by Migration of Hydrogen Ions in Resistive Random Access Memory Consisting of Bi2Sr2CaCu2O8+δ Single Crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Hanada
  • 雑誌名: IEEE, Proceedings of IEEE International Memory Workshop 巻: IEMW2012 ページ: 198-201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental Mechanism for the Resistance Change Effect in Perovskite Oxide-Based ResistiveRandom Access Memory Consisting of Bi2Sr2CaCu2O8+δ Bulk Single Crystal (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hanada, K. Kinoshita, K. Matsubara, T. Fukuhara, and S. Kishida
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: vol. 110 ページ: 84506-84506
  • 査読あり
• [雑誌論文] 銅酸化物高温超伝導体単結晶を用いた抵抗変化メモリのスイッチングメカニズム (2011)
  • 著者名/発表者名: 花田明紘, 木下健太郎, 松原勝彦, 福原貴博, 岸田悟
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 32巻 ページ: 428-431
  • NAID: 10029410977
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental Mechanism for the Resistance Change Effect in Perovskite Oxide-Based Resistive Random Access Memory Consisting of Bi2Sr2CaCu2O8+d Bulk Single Crystal (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hanada, K. Kinoshita, K. Matsubara, T. Fukuhara, and S. Kishida
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 110
  • 査読あり
• [学会発表] Analysis of memory effect induced by hydrogen annealing (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Hanada, K. Kinoshita, H. Miura, T. Notsu, S. Kishida
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC)
  • 発表場所: Makuhari Messe
• [学会発表] 抵抗変化メモリ, 新原理FET, 原子スイッチ技術の最新動向 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木下 健太郎
  • 学会等名: 酸化物エレクトロニクス スクール
  • 発表場所: 産業技術総合研究所
  • 年月日: 2012-10-29
• [学会発表] 抵抗変化メモリ(ReRAM)のスイッチング機構と動作特性の制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木下健太郎, 岸田悟
  • 学会等名: ReRAMワークショップ
  • 発表場所: 茨城, 物質・材料研究機構(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-14
• [学会発表] 水素イオン移動型ReRAMの抵抗変化特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三浦寛基, 木下健太郎, 花田明紘, 野津武志, 岸田悟
  • 学会等名: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
• [学会発表] ペロブスカイト型抵抗変化メモリのスイッチング機構 -機構解明に向けた放射光利用の可能性- (2012)
  • 著者名/発表者名: 木下健太郎
  • 学会等名: 放射光による時分割計測の新展開
  • 発表場所: 東京 KFC Hall 2nd (国際ファッションセンター)
• [学会発表] ペロブスカイト酸化物系ReRAMにおける水素イオン移動による抵抗変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野津 武志
  • 学会等名: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
• [学会発表] 抵抗変化メモリ(ReRAM)のスイッチング機構と動作特性の制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木下健太郎, 岸田悟
  • 学会等名: ReRAMワークショップ(招待講演)
  • 発表場所: 茨城, 物質・材料研究機構
• [学会発表] ペロブスカイト型抵抗変化メモリのスイッチング機構 -機構解明に向けた放射光利用の可能性- (2012)
  • 著者名/発表者名: 木下健太郎
  • 学会等名: 平成23年度GIGNO研究領域創成支援プロジェクト研究会 高繰り返しシングルバンチ切り出しチョッパーが拓く科学 －放射光による時分割計測の新展開－(招待講演)
  • 発表場所: 東京, KFC Hall 2nd (国際ファッションセンター)
• [学会発表] 銅酸化物超伝導体単結晶をプローブとしたペロブスカイト型ReRAM抵抗スイッチングの解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松原勝彦,木下健太郎,花田明紘, 岸田悟
  • 学会等名: 2011年第52回真空に関する連合講演
  • 発表場所: 東京, 学習院大学
• [学会発表] Developmental Mechanism for the Memory Effect in Perovskite Oxide-Based ReRAM Consisting of2Sr2CaCu2O8+δBulk Single Crystal (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hanada,K. KinoshitaBi, K. Matsubara, and S. Kishida
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2011
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
• [学会発表] Micro-Fabrication Method of Josephson Junctions without Etching Process (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hanada,K. KinoshitaBi, K. Matsubara, and S. Kishida
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2011
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
• [学会発表] ペロブスカイト酸化物系ReRAM における抵抗変化の発現機構 (2011)
  • 著者名/発表者名: 花田明紘, 木下健太郎 , 松原勝彦, 岸田悟
  • 学会等名: 第72回2011年秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形, 山形大学
• [学会発表] ペロブスカイト酸化物系ReRAMのスイッチングメカニズム (2011)
  • 著者名/発表者名: 花田明紘, 木下健太郎, 松原勝彦, 岸田悟
  • 学会等名: 電子情報通信学会・集積回路研究会(ICD)
  • 発表場所: 兵庫, 神戸大学
• [学会発表] ペロブスカイト酸化物系ReRAM における抵抗変化の発現機構 (2011)
  • 著者名/発表者名: 花田明紘, 木下健太郎, 松原勝彦, 岸田悟
  • 学会等名: 第72回2011年秋季応用物理学会学術講演会, 31p-ZK-14
  • 発表場所: 山形, 山形大学
• [学会発表] 銅酸化物超伝導体単結晶をプローブとしたペロブスカイト型ReRAM抵抗スイッチングの解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松原勝彦, 木下健太郎, 花田明紘, 岸田悟
  • 学会等名: 2011年第52回真空に関する連合講演会，18Ba-2
  • 発表場所: 東京, 学習院大学
• [学会発表] ペロブスカイト酸化物系ReRAMのスイッチングメカニズム (2011)
  • 著者名/発表者名: 松原勝彦, 木下健太郎, 花田明紘, 岸田悟
  • 学会等名: 2011年中国四国地方応用物理学会
  • 発表場所: 鳥取, 鳥取大学
• [学会発表] Developmental Mechanism for the Memory Effect in Perovskite Oxide-Based ReRAM Consisting of Bi2Sr2CaCu2O8+δ Bulk Single Crystal (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hanada, K. Kinoshita, K. Matsubara, and S. Kishida
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2011
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
• [産業財産権] 不揮発性半導体記憶装置および同装置の製造方法 (2012)
  • 発明者名: 木下健太郎, 岸田悟, 花田明紘, 松原 勝彦
  • 権利者名: 鳥取大学
  • 産業財産権番号: 2012-046162
  • 出願年月日: 2012-03-02
• [産業財産権] 不揮発性半導体記憶装置および同装置の製造方法 (2011)
  • 発明者名: 木下健太郎, 岸田悟, 花田明紘, 松原 勝彦, 福原貴博
  • 産業財産権番号: 2011-084216
  • 出願年月日: 2011-04-06