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2017 年度 実績報告書

Si系酸化薄膜抵抗変化材料における欠陥分布の高感度計測および精密制御

研究課題

研究課題/領域番号 15H05520
研究機関名古屋大学

研究代表者

大田 晃生  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10553620)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード光電子収率分光 / 電子状態 / 欠陥準位計測 / 不揮発性メモリ
研究実績の概要

最終年度は、前年度までに構築した真空準位より3eVから10eVまでの幅広いエネルギー領域を測定できる光電子収率分光(PYS)システムを用いて、半導体および絶縁薄膜のギャップ内準位の定量精度の向上に取り組んだ。異なる厚さの熱酸化SiO2/Si構造からの光電子放出を系統的にすることで、紫外光エネルギーが~6から~8eVの領域で、その光電子脱出深さは約2.4nmであることが分かった。さらに、PYS分析によりみつもった欠陥準位密度はバンド端近傍のエネルギー領域において、電気特性から見積もられる欠陥密度と良い一致を示すことが分かった。
また、Si酸化膜の電気抵抗スイッチングを引き起こす鍵となる電極間の導電性パスの形成と消失を高精度に制御することを目的とし、Si酸化膜をNi電極で挟んだMIMダイオードにおいて、定電圧および定電流の印加による電気抵抗変化を調べた。また、抵抗変化層であるSi酸化膜よりも比誘電率が20倍程度大きいTi系酸化物のナノドットををSi酸化膜への埋め込み、抵抗変化動作に寄与する導電性パスの制御を行った。定電圧印加によるSET動作(高抵抗化)と、定電流印加によるRESET動作(低抵抗化)を組み合わせることで、3桁程度の抵抗比を有する電気抵抗のスイッチングが繰り返し認められた。また、印可する定電流値もしくは定電圧値を増大することで、応答速度が短縮した。さらに、Tiナノドットを用いた場合では、SET動作に要する時間が大幅に減少することから、Tiナノドットによる電界集中に起因し、導電性パス形成が促進したと考えられる。一方、RESET動作では、Tiナノドットの埋め込みによる特性変化は認められず、ジュール熱に起因して導電性パスが消失することを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 8件)

  • [雑誌論文] Evaluation of Resistive Switching Properties of Si-rich Oxide Embedded with Ti Nano-dots by Applying Constant Voltage & Constant Current2018

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, Y. Kato, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct evaluation of electrical dipole moment and oxygen density ratio at high-k dielectrics/SiO2 interface by X-ray photoelectron spectroscopy analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Fujimura Nobuyuki、Ohta Akio、Ikeda Mitsuhisa、Makihara Katsunori、Miyazaki Seiichi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 04FB07~04FB07

    • DOI

      doi.org/10.7567/JJAP.57.04FB07

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of Interfacial Dipoles at Dielectric Stacks by XPS Analysis2017

    • 著者名/発表者名
      S. Miyazaki, A. Ohta, and N. Fujimura
    • 雑誌名

      Electrochemical Society (ECS) Transaction

      巻: 80 ページ: 229-235

    • DOI

      doi:10.1149/08001.0229ecst

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Energy Distribution of Filled Defects of Si Oxide Thin Films from Total Photoelectron Yield Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 雑誌名

      Microelectronic Engineering

      巻: 178 ページ: 85-88

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.mee.2017.05.001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Potential Changes and Chemical Bonding Features for Si-MOS Diode as Evaluated from HAXPES Analysis2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, H. Murakami, M. Ikeda, K. Makihara, E. Ikenaga, and S. Miyazaki
    • 雑誌名

      Microelectronic Engineering

      巻: 178 ページ: 80-84

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.mee.2017.05.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Embedding of Ti Nanodots into SiOx and Its Impact on Resistance Switching Behaviors2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato, A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 雑誌名

      IEICE TRANSACTIONS on Electronics

      巻: 2017 ページ: 468-474

    • DOI

      doi: 10.1587/transele.E100.C.468

    • 査読あり
  • [学会発表] XPS Study on High-k/SiO2 Interface -Correlation between Electrical Dipole and Oxygen Density-2018

    • 著者名/発表者名
      N. Fujimura, A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 学会等名
      11th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
    • 国際学会
  • [学会発表] 光電子収率分光法による熱酸化SiO2/Si構造の電子状態計測2018

    • 著者名/発表者名
      大田 晃生、今川 拓哉、池田 弥央、牧原 克典、宮崎 誠一
    • 学会等名
      2018年 第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 国際学会
  • [学会発表] XPSによるY2O3/SiO2界面の化学結合状態および内部電位評価2018

    • 著者名/発表者名
      藤村 信幸、大田 晃生、池田 弥央、牧原 克典、宮崎 誠一
    • 学会等名
      2018年 第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] SiO2/Si構造の真空紫外光電子分光分析2018

    • 著者名/発表者名
      今川 拓哉、大田 晃生、田岡 紀之、藤村 信幸、池田 弥央、牧原 克典、宮崎 誠一
    • 学会等名
      2018年 第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] XPSによる極薄high-k/SiO2ゲートスタック構造の電子状態および化学結合状態評価2018

    • 著者名/発表者名
      藤村 信幸、大田 晃生、池田 弥央、牧原 克典、宮崎 誠一
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理― (第23回)
  • [学会発表] Evaluation of Filled Electronic States of Epitaxial GaN(0001) Surface by Total Photoelectron Yield Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, N. Truyen, N. Fujimura, M. Ikeda, K. Makihara, S. Miyazaki
    • 学会等名
      2017 International Workshop on Dielectric Thin Films For Future Electron Devices
    • 国際学会
  • [学会発表] XPS Study on Evaluation of Electrical Dipole and Atomic Density Ratio at Ultrathin High-k Dielectrics/SiO2 Interface2017

    • 著者名/発表者名
      N. Fujimura, A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, S. Miyazaki
    • 学会等名
      2017 International Workshop on Dielectric Thin Films For Future Electron Devices
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Resistive Switching Properties of Si-rich Oxide Embedded with Ti Nanodots by Applying Constant Voltage and Constant Current2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, Y. Kato, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 学会等名
      30th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct Observation of Electrical Dipole and Atomic Density at High-k Dielectrics/SiO2 Interface2017

    • 著者名/発表者名
      N. Fujimura, A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 学会等名
      2017 International Conference of Solid State of Device and Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Energy Distribution of Filled Defects of Si Oxide Thin Films from Total Photoelectron Yield Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 学会等名
      20th Conference on Insulating Films on Semiconductors
    • 国際学会
  • [学会発表] Potential Changes and Chemical Bonding Features for Si-MOS Diodes as Evaluated from HAXPES Analysis2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, H. Murakami, M. Ikeda, K. Makihara, E. Ikenaga, S. Miyazaki
    • 学会等名
      20th Conference on Insulating Films on Semiconductors
    • 国際学会
  • [学会発表] 高誘電率絶縁膜/SiO2界面のダイポール形成と化学構造の関係2017

    • 著者名/発表者名
      藤村 信幸、大田 晃生、池田 弥央、牧原 克典、宮崎 誠一
    • 学会等名
      第17回 日本表面科学会中部支部・学術講演会
  • [学会発表] XPSによるHigh-k/SiO2界面のダイポール定量と酸素密度比との相関2017

    • 著者名/発表者名
      藤村 信幸、大田 晃生、池田 弥央、牧原 克典、宮崎 誠一
    • 学会等名
      2017年 第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 高誘電率絶縁膜の電子親和力の決定およびSiO2 との界面で生じる電位変化の定量2017

    • 著者名/発表者名
      藤村 信幸、大田 晃生、池田 弥央、牧原 克典、宮崎 誠一
    • 学会等名
      2017 年真空・表面科学合同講演会 第37 回表面科学学術講演会・第58 回真空に関する連合講演会
  • [学会発表] XPSによるHigh-k/SiO2界面の化学構造およびダイポールの評価2017

    • 著者名/発表者名
      藤村 信幸、大田 晃生、池田 弥央、牧原 克典、宮崎誠一
    • 学会等名
      電気通信情報学会(SDM) [シリコン材料・デバイス] シリコンテクノロジー分科会 6月度合同研究会
  • [学会発表] 定電圧および定電流印加によるSi酸化薄膜の電気抵抗変化特性評価2017

    • 著者名/発表者名
      大田 晃生、加藤 祐介、池田 弥央、牧原 克典、宮崎 誠一
    • 学会等名
      電気通信情報学会(SDM) [シリコン材料・デバイス] シリコンテクノロジー分科会 6月度合同研究会

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公開日: 2018-12-17  

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