酸化物／金属ヘテロ界面のナノイオニクス現象の解明と制御

• 研究課題/領域番号: 24360278
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 鶴岡 徹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主幹研究員 (20271992)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2013年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2012年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
• キーワード: 酸化物 / カチオン伝導 / 酸化還元反応 / ナノイオニクス / 量子化コンダクタンス / シナプス動作 / 抵抗変化メモリ / 原子スイッチ / 吸湿挙動 / アモルファス酸化物 / 金属イオン伝導 / 抵抗変化メモリー / ヘテロ界面

研究成果の概要

ナノイオニクス現象と呼ばれる，酸化物薄膜中の金属イオン伝導と金属／酸化物界面の固体電気化学反応を利用した原子スイッチ型抵抗変化メモリの動作機構の解明と機能化の研究を行った。原子間力顕微鏡と透過型電子顕微鏡によるメモリ内に形成される伝導性フィラメントの実空間計測，電気化学的な測定による金属／酸化物界面の酸化還元反応の詳細と酸化物の吸湿効果の解明，量子化コンダクタンスとシナプス動作の実証を行った。

研究成果

• [国際共同研究] アーヘン工科大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Humidity effects on the redox reactions and ionic transport in a Cu/Ta2O5/Pt atomic switch structures (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, I. Valov, C. Mannequin, T. Hasegawa, R. Waser, M. Aono
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55
  • NAID: 210000146651
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Composition of thin Ta2O5 films deposited by different methods and the effect of humidity on their resistive switching behavior (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Mannequin, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, M. Aono
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55
  • NAID: 210000146630
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification and role of non-stoichiometric oxygen in amorphous Ta2O5 thin films deposited by electron beam and sputtering processes (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Mannequin, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, M. Aono
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Redox reactions at Cu,Ag/Ta2O5 interfaces and the effects of Ta2O5 film density on the forming process in atomic switch structures (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, I. Valov, S. Tappertzhofen, J. van de Hurk, T. Hasegawa, R. Waser, M. Aono
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 25 号: 40 ページ: 6347-6381
  • DOI: 10.1002/adfm.201500853
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultra-low voltage and ultra-low power consumption nonvolatile operation of a three-terminal atomic switch (2015)
  • 著者名/発表者名: Q. Wang, Y. Itoh, T. Tsuruoka, M. Aono, T. Hasegawa
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 27 号: 39 ページ: 6029-6033
  • DOI: 10.1002/adma.201502678
  • 査読あり
• [雑誌論文] Position detection and observation of a conducting filament hidden under a top electrode in a Ta2O5-based atomic switch (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Nayak, Q. WANG, Y. Itoh, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, L. Boodhoo, H. Mizuta, M. Aono
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 26 号: 14 ページ: 145702-145702
  • DOI: 10.1088/0957-4484/26/14/145702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic moderation of an electric field using a SiO2 switching layer in TaOx-based ReRAM (2015)
  • 著者名/発表者名: Q. WANG, Y. Itoh, T. Tsuruoka, Shintaro Otsuka, Tomohiro Shimizu, Shoso Shinguhara, T. Hasegawa, M. Aono
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi-Rapid Res. Lett. 巻: 9 号: 3 ページ: 166-170
  • DOI: 10.1002/pssr.201409531
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanosecond fast switching processes observed in gapless-type, Ta2O5-based atomic switches (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, and M. Aono
  • 雑誌名: Mater. Res. Symp. Proc. 巻: 1729 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1557/opl.2015.93
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two types of on-state observed in the operation of a redox-based three-terminal device (2014)
  • 著者名/発表者名: Q. WANG, Y. Itoh, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, S. Watanabe, S. Yamaguchi, T. Hiramoto, M. Aono
  • 雑誌名: Key Eng. Mater. 巻: 596 ページ: 111-115
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.596.111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synaptic plasticity and memristive behavior operated by atomic switches (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, and M. Aono
  • 雑誌名: Proceedings of 4th Memristor and Memristive Symposium 巻: 2014 ページ: 1455-1455
  • DOI: 10.1109/cnna.2014.6888615
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 酸化物ナノ薄膜を用いた原子スイッチ型抵抗変化メモリーとその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鶴岡徹，長谷川剛
  • 雑誌名: 応用物理学会 シリコンテクノロジー分科会 第173回研究集会 電子情報通信学会技術研究報告 巻: 114 ページ: 85-90
• [雑誌論文] Quantized conductance and neuromorphic behavior of a gapless-type Ag-Ta2O5 atomic switch (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, K. Terabe, and M. Aono
  • 雑誌名: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 巻: 1562 ページ: 725-725
  • DOI: 10.1557/opl.2013.725
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generic relevance of counter charges for cation-based nanoscale resistive switching memories (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tappertzhofen, I. Valov, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, R. Waser, and M. Aono
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 7 号: 7 ページ: 6396-6402
  • DOI: 10.1021/nn4026614
  • 査読あり
• [雑誌論文] Volatile and nonvolatile selective switching of a photo-assisted initialized atomic switch (2013)
  • 著者名/発表者名: 日野貴美、長谷川剛、田中啓文、鶴岡徹、寺部一弥、小川琢治、青野正和
  • 雑誌名: NANOTECHNOLOGY 巻: 24 号: 38 ページ: 384006-384006
  • DOI: 10.1088/0957-4484/24/38/384006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synaptic plasticity and memory functions achieved in WO3-x-based nanoionics device by using principle of atomic switch operation (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Yang, K. Terabe, Y. Yao, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, J. K. Gimzewski, and M. Aono
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 24 号: 38 ページ: 384003-384003
  • DOI: 10.1088/0957-4484/24/38/384003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonvolatile three-terminal operation based on oxygen vacancy drift in a Pt/Ta2O5-x/Pt,Pt structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Q. Wang, Y. Itoh, T. Hasegawa, T. Tsuruoka, S. Watanabe, S. Yamaguchi, and M. Aono
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 102 号: 23 ページ: 233508-233508
  • DOI: 10.1063/1.4811122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rate-limiting processes in the fast SET operation of a gapless-type Cu-Ta_2O5 atomic switch (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, I. Valov, R. Waser, M. Aono
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 3 号: 3 ページ: 32114-32114
  • DOI: 10.1063/1.4795140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling the synaptic plasticity of a Cu_2S atomic switch (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Nayak, T. Ohno, T. Tsuruoka, K. Terabe, M. Aono
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 22 号: 17 ページ: 3606-3613
  • DOI: 10.1002/adfm.201200640
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conductance quantization and synaptic behavior of a Ta_2O_5-based atomic switch (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, K.Terabe, M. Aono
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 23 号: 43 ページ: 435705-435705
  • DOI: 10.1088/0957-4484/23/43/435705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impacts of temperature and moisture on the resistive switching characteristics of a Cu-Ta_2O_5-based atomic switch (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, K.Terabe, M. Aono
  • 雑誌名: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 巻: 1430 ページ: 901-901
  • DOI: 10.1557/opl.2012.901
  • 査読あり
• [学会発表] Cu/Ta2O5界面の酸化還元反応と抵抗スイッチ動作の湿度依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鶴岡徹, Cedric Mannequin, 長谷川剛, 青野正和
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Effects of the composition of Ta2O5 films on the resistive switching properties of Ta2O5 based atomic switches (2016)
  • 著者名/発表者名: C.R. Mannequin, T. Tsuruoka, T. HASEGAWA, M. Aono
  • 学会等名: MANA International Symposium 2016
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2016-03-09
  • 国際学会
• [学会発表] Structural property of amorphous thin Ta2O5 films deposited by different methods and its impact on their resistive switching characteristics (2015)
  • 著者名/発表者名: C.R. Mannequin, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, M. Aono
  • 学会等名: MNC 2015
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2015-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] Redox reactions and metal ion transport in Cu(Ag)/Ta2O5/Pt atomic switch structures (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, Ilia Valov, T. Hasegawa, R. Waser, M. Aono
  • 学会等名: MNC 2015
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2015-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of Film Morphology on the Switching Characteristics of Ta2O5-Based Atomic Switches (2015)
  • 著者名/発表者名: C.R. Mannequin, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, M. Aono
  • 学会等名: SSDM 2015
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2015-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] Operation Mechanism and Novel Functions of gapless-type atomic switches based on metal oxide and polymer thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, C.R. Mannequin, K. Krishnan, M. Aono
  • 学会等名: Trend in Nanotechnology 2015
  • 発表場所: フランス，トゥールーズ
  • 年月日: 2015-09-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原子スイッチ型抵抗変化メモリ：動作機構解明と機能探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鶴岡徹
  • 学会等名: 第99回STRJ-ERD会合
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-06-26
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of the Oxide Film Density on the Resistive Switching Characteristics of Atomic Switches (2015)
  • 著者名/発表者名: MANNEQUIN Cedric, 鶴岡徹, 長谷川剛, 青野正和
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Nanosecond Fast Switching Processes Observed in Gapless-Type Ta2O5–Based Atomic Switches (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, M. Aono
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] Cu(Ag)/Ta2O5界面の酸化還元過程とフォーミングに対するTa2O5膜密度の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鶴岡徹, Ilia Valov, 長谷川剛, Rainer Waser, 青野正和
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Synaptic plasticity and memristive behavior operated by atomic switches (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, and M. Aono
  • 学会等名: 4th Memristor and Memristive Symposium
  • 発表場所: University of Notre Dome
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-07-31
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化物ナノ薄膜を用いた原子スイッチ型抵抗変化メモリーとその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鶴岡徹，長谷川剛
  • 学会等名: シリコンテクノロジー分科会 第173回研究集会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-06-19
  • 招待講演
• [学会発表] Synaptic plasticity observed in a gapless-type atomic switch using a thin Ta2O5 film (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, K. Terabe, M. Aono
  • 学会等名: IUMRS-ICEM 2014
  • 発表場所: Taipei
  • 年月日: 2014-06-10 – 2014-06-14
• [学会発表] Atomic switch: Resistance change memory based on cation transport and redox reactions in oxide thin layers (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, K. Terabe, and M. Aono
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Cu-Ta2O5原子スイッチにおけるSET動作の律速過程 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鶴岡徹，長谷川剛，I. Valov，R. Waser，青野正和
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] Quantized conductance and neuromorphic behavior of a gapless-type Ag-Ta2O5 atomic switch (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsuruoka, T. Hasegawa, K. Terabe, and M. Aono
  • 学会等名: 2013 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ
• [学会発表] Controlling the synaptic plasticity of gap- and gapless-type atomic switches (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka
  • 学会等名: Discussion Workshop on New Horizons in Electrochemistry
  • 発表場所: カプリ島
  • 招待講演
• [学会発表] Ag/Ta_2O_5/Pt構造における量子化コンダクタンスとシナプス的な振る舞い (2012)
  • 著者名/発表者名: 鶴岡徹, 長谷川剛, 寺部一弥, 青野正和
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山市
  • 年月日: 2012-09-14
• [学会発表] Resistive switching memory based on nanoscale cation transport in oxide films (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, K.Terabe, M. Aono
  • 学会等名: Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2012
  • 発表場所: ソウル(招待講演)
  • 年月日: 2012-06-25
• [学会発表] Impacts of temperature and moisture on the resistive switching characteristics of a Cu-Ta_2O_5-based atomic switch (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuruoka, T. Hasegawa, K.Terabe, M. Aono
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ
  • 年月日: 2012-04-11
• [備考]
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/TSURUOKA_Touru-j.html