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抵抗変化メモリは、2枚の金属で挟まれた絶縁体の抵抗状態を記憶できる高速応答メモリであり次世代不揮発性メモリとして期待されている。
抵抗変化は絶縁体が絶縁破壊を起こすときに生じるが、このときの電圧が毎回異なることが実用上大きな障害となっている。これは、フィラメントモデルによると、絶縁破壊時に絶縁体内に電気抵抗の異なる導電性フィラメントが無数に形成されて、スイッチング毎にこれらがランダムに選択されるためだと解釈される。従って、スイッチング電圧のバラツキを改善するためには、絶縁体内に形成される導電性フィラメントの数や種類を少なくすることが望まれる。これを実現するために、端的には、フィラメントが形成される空間を制限すればよいことになる。
そこで、本研究では、全方位に空間制限が可能となるナノワイヤーを用いて、フィラメント形成空間を制限することで、この抵抗変化メモリのスイッチング電圧の再現性が向上するかどうかについて調査した。
ナノワイヤーの作成には、陽極酸化ポーラスアルミナのナノホールをテンプレートとした電解メッキ法を用い、硫酸ニッケル水溶液にてニッケルナノワイヤーを作成した。この方法では、ナノワイヤーはポーラスアルミナのナノホール中に形成される。これを抵抗変化メモリに応用するためには、ナノワイヤーを露出させ、基板に対して垂直に自立していなければならない。このために、ニッケルの埋め込み後、ポーラスアルミナを部分的に除去し、残留ポーラスアルミナがナノワイヤーを支持する構造にした。こうして得られたニッケル金属ナノワイヤーを酸化してNiOナノワイヤーとした。この絶縁体ナノワイヤーを用いた抵抗変化メモリのスイッチング特性を調べた結果、スイッチング電圧のばらつきは、明らかに小さくなった。このことから、フィラメント形成空間の抑制でスイッチング電圧の再現性を向上できることがわかった。
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