2020 年度研究成果報告書

蛍石型ヘテロ構造の成長・界面制御に基づく強誘電抵抗スイッチングの研究

研究課題

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研究課題/領域番号	18H01879
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	山田浩之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, 研究グループ長 (00415762)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	強誘電トンネル接合 / 抵抗スイッチング / 不揮発性メモリ / 酸化物ヘテロ構造 / ハフニア系強誘電体 / エピタキシャル成長
研究成果の概要	ハフニア系強誘電体は、CMOSプロセスとの親和性が良いため注目されている。本研究では、YO1.5置換HfO2 (YHO)およびHf0.5Zr0.5O2 (HZO)を対象に、酸化物下部電極(ITO)の活用と2段階アニールにより、原子レベル平坦かつ膜厚が均一なYHO　(HZO)/ITO多結晶ヘテロ構造を、SiO2/Si基板上に作製することに成功した。これにより、YHO(12 nm)については、エピタキシャル単結晶膜に匹敵する残留分極(13 μC/cm2)を実証、HZOについては、膜厚2.4nmのPt/HZO/ITOトンネル接合を作製, 強誘電性に起因したトンネル抵抗のスイッチングを実証した。
自由記述の分野	酸化物エレクトロニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	実用化しやすい強誘電材料を厚さ数nmまで薄膜化し、その薄膜をオングストロームスケールで平坦化したことにより、“電子的機構”に基づく、信頼性・安定性・書換え耐性等の高さを特徴とする新たな不揮発性メモリ「強誘電トンネル接合(FTJ)メモリ」実現への足がかかりを掴んだ。これは、近年注目されている、人間の脳機能を模した新原理コンピューティング技術で必要となる「神経模倣素子」（人工ニューロン、人工シナプス）への応用も期待される。学術面では、応用技術の開発が先行して殆ど解明されていない、蛍石型構造を持つ酸化物の多彩な薄膜成長科学・界面制御技術という基礎学理の構築に貢献した。