窒素ドープCr-Ge-Teの界面伝導制御と新規接触抵抗相変化メモリの創成

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19J21116
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 双 逸 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• キーワード: 相変化材料 / Cr2Ge2Te6 / 窒素（N）ドープ / TEM観察 / 接触抵抗変化メモリ

研究実績の概要

本研究では、新規相変化材料：Cr2Ge2Te6 (CrGT)のアモルファス相の耐熱性を向上するため、CrGTの結晶化温度（Tx）に及ぼす窒素（N）ドープの影響について取り組んだ。NドープによるTxの上昇はGSTについてもその有効性が報告されており、期待通りNドープ型CrGT(NCrGT)は高いTxを実現する事が分かったが、室温でのアモルファス相と結晶相の間に膜(バルク)抵抗率ρの変化はほぼ存在しないことも分かった。しかし、NCrGT/金属電極間の接触抵抗率ρcを測定した結果、アモルファス相と結晶相には三桁の差が生じる事を見出した。このことは、例え、相変化に伴う抵抗率変化が無くても、相変化に伴って“電極界面伝導機構”に変化が生じればPCMとして利用できる事を示唆する。そこで本年度では、NCrGTのメモリ素子の動作特性を評価すると共に、NCrGT/金属電極界面の微細構造も透過電子顕微鏡(TEM)で観察した。電極界面近傍の非常に限定された領域(10nm程度)のみが相変化している事を確認した。このような相変化領域の極微小化は、動作電力の低減（電圧約1/2）ばかりでなく、メモリ素子の更なる微細化に有利である。また、NCrGTのTxは300℃と高く耐熱性の課題を解決できる。以上のように、省エネかつ大容量を実現する新動作原理「接触抵抗変化メモリ」の開拓に成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Electrical Conduction Mechanism of β‐MnTe Thin Film with Wurtzite‐Type Structure Using Radiofrequency Magnetron Sputtering (2022)
  • 著者名/発表者名: Kim Mihyeon、Mori Shunsuke、Shuang Yi、Hatayama Shogo、Ando Daisuke、Sutou Yuji
  • 雑誌名: physica status solidi-Rapid Research Letters 巻: 2100641 ページ: 2100641～2100641
  • DOI: 10.1002/pssr.202100641
  • 査読あり
• [雑誌論文] Understanding the low resistivity of the amorphous phase of Cr2Ge2Te6 phase-change material: Experimental evidence for the key role of Cr clusters (2021)
  • 著者名/発表者名: Hatayama Shogo、Kobayashi Keisuke、Saito Yuta、Fons Paul、Shuang Yi、Mori Shunsuke、Kolobov Alexander V.、Sutou Yuji
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 5 ページ: 085601
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.085601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amorphous-to-Crystal Transition in Quasi-Two-Dimensional MoS2: Implications for 2D Electronic Devices (2021)
  • 著者名/発表者名: Krbal Milos、Prokop Vit、Kononov Alexey A.、Pereira Jhonatan Rodriguez、Mistrik Jan、Kolobov Alexander V.、Fons Paul J.、Saito Yuta、Hatayama Shogo、Shuang Yi、Sutou Yuji、Rozhkov Stepan A.、Stellhorn Jens R.、Hayakawa Shinjiro、Pis Igor、Bondino Federica
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 4 ページ: 8834～8844
  • DOI: 10.1021/acsanm.1c01504
  • 査読あり
• [学会発表] Temperature-dependent electrical transport mechanism in N doped Cr2Ge2Te6 films (2021)
  • 著者名/発表者名: Yi Shuang, Shogo Hatayama, Daisuke Ando, and Yuji Sutou
  • 学会等名: EPCOS2021
  • 国際学会
• [学会発表] Nitrogen local geometry in Cr2Ge2Te6 phase change material upon phase transition (2021)
  • 著者名/発表者名: Yi Shuang, Shogo Hatayama, Yuta Saito, Paul Fons, Alexander V. Kolobov and Yuji Sutou
  • 学会等名: PCOS2021