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界面ダイポール変調 (IDM: interface dipole modulation) 機構を組み込んだMIM (metal-insulator-metal) 型抵抗変化デバイスについて、当初の計画通り、(1)デバイス試作・評価と(2) スイッチング機構解明に関する研究を実施した。
(1) デバイス試作・評価では、従来の100 μmサイズよりも微細な5 μmメモリセルを試作し、電流-電圧測定により抵抗変化が起こることを確認した。また、異なるセルサイズのメモリ特性を詳しく解析し、電流変化および整流作用の両方がセル全面で制御されていることから、本研究で提案しているIDM起因の抵抗変化および非対称トンネル障壁による整流機構が妥当であることを確認した。また、仕事関数が異なる電極を用いたHfO2/SiO2/HfO2積層デバイスからも整流作用が得られたことから、非対称トンネル障壁機構が妥当であると判断した。
(2) スイッチング機構解明としては、HAXPES (hard X-ray photoelectron spectroscopy) 測定結果の解析より、HfO2/SiO2界面近傍のポテンシャルが変化すること、さらに、ポテンシャル変調と同期してTi原子近傍の化学結合も変化することを実験的に実証した。この結果は、電界誘起で起こるHfO2/SiO2界面近傍のTi-O結合の変化が界面ダイポール変調の起源であることを示唆しており、IDM機構の理解が大きく前進したと言える。また、多層型IDM 構造中のポテンシャル変調機構を理解する目的で、ALD法を用いて作製した4層HfO2/SiO2 IDM構造を組み込んだMOSキャパシタのHAXPES測定を行い、印加電圧に応じて内部ポテンシャルが変化することを確認した。
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