透過電子顕微鏡その場計測システムの開発とナノエレクトロニクスへの応用

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21560681
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 有田 正志 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (20222755)
• 研究分担者: 高橋 庸夫 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (90374610) ; 末岡 和久 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (60250479) ; 柴山 環樹 北海道大学, マテリアル融合領域研究センター, 准教授 (10241564)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 電子顕微鏡 / その場計測 / 抵抗変化型メモリー / 磁気抵抗効果

研究概要

近年,マイクロ・ナノ領域での幾何学的構造変化現象,磁気的微細構造変化現象を用いたデバイス開発が行われている.本研究では,透過電子顕微鏡(TEM)その場計測手法をこれらの研究に役立てるために,ピエゾ駆動TEMホルダー(TEM-STMホルダー),磁場印加用コイル搭載TEMホルダー(TEM-MFホルダー)およびそのシステムを開発した.これらを抵抗変化メモリー(ReRAM)および磁区パターンに応用し,その有用性を確認した.ReRAM材料においては抵抗スイッチ時の導電性フィラメントの形成・消失を,また磁性パターン膜においては磁場印加による磁壁移動を実時間計測により確認できた.

研究成果

• [雑誌論文] Resis-tance switching properties of molybdenum oxide films (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Arita, H. Kaji, T. Fujii, Y. Takahashi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 520 ページ: 4762-4767
  • DOI: DOI:10.1016/j.tsf.2011.10.174
  • 査読あり
• [雑誌論文] (Invited) Analysis of resistance switching and conductive filaments inside Cu-Ge-S using in situ transmission electron microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Fujii, M. Arita, Y. Takahashi, I. Fujiwara
  • 雑誌名: J. Mater. Res. 巻: 27 ページ: 886-896
  • DOI: DOI:10.1557/jmr.2011.437
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ TEM observation of electro-migration in Au thin wires (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Murakami, M. Arita, K. Hamada, Y. Takahashi
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotech.
  • URL: http://www.aspbs.com/jnn/
  • 査読あり
• [雑誌論文] I-V measurement of NiO nano-region during observation by transmission electron microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Fujii, M. Arita, K. Hamada, H. Kondo, H. Kaji, Y. Takahashi, M. Moniwa, I. Fujiwara, T. Yamaguchi, M. Aoki, Y. Maeno, T. Kobayashi, M. Yoshimaru
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 109 ページ: 053702-1-5
  • DOI: DOI:10.1063/1.3553868
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ transmission electron microscopy analysis of conductive filament during solid electrolyte resistance switching (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Fujii, M. Arita, Y. Takahashi, I. Fujiwara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 98 ページ: 212104-1-3
  • DOI: DOI:10.1063/1.3593494
  • 査読あり
• [雑誌論文] The observation of conduction spot on NiO resistance RAM, Japn (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kondo, M. Arita, T. Fujii, H. Kaji, M. Moniwa, T. Yamaguchi, I. Fujiwara, M. Yoshimaru, and Y. Takahashi
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 50 ページ: 081101-1-6
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.081101
  • 査読あり
• [雑誌論文] (Invited) In-situ transmission electron micro-scopy analysis of conductive filament in resistance random access memories (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takahashi, T. Fujii, M. Arita, I. Fujiwara
  • 雑誌名: ECS Trans. 巻: 41 ページ: 81-91
  • DOI: DOI:10.1149/1.3633287
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of electrode and interface oxide on the property of ReRAM composed of Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3 (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kaji, H. Kondo, T. Fujii, M. Arita, Y. Takahashi
  • 雑誌名: IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 巻: 8 ページ: 012032-1-4
  • DOI: DOI:10.1088/1757-899X/8/1/012032
  • 査読あり
• [雑誌論文] I-V hysteresis of Pr_<0.7>Ca_<0.3> MnO_3 during TEM observation (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Fujii, H. Kaji, H. Kondo, K. Hamada, M. Arita, Y. Takahashi
  • 雑誌名: IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 巻: 8 ページ: 012033-1-4
  • DOI: DOI:10.1088/1757-899X/8/1/012033
  • 査読あり
• [雑誌論文] The influence of annealing temperature on ReRAM characteristics of metal /NiO/metal structure (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kondo, H. Kaji, T. Fujii, K. Hamada, M. Arita, Y. Takahashi
  • 雑誌名: IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 巻: 8 ページ: 012034-1-4
  • DOI: DOI:10.1088/1757-899X/8/1/012034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sur-face magnetic structure of epitaxial magnetite thin films grown on MgO(001) (2009)
  • 著者名/発表者名: E. Kaji, A. Subagyo, M. Arita, K. Sueoka
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 105 ページ: 07D545-1-3
  • DOI: DOI:10.1063/1.3089493
  • 査読あり
• [学会発表] TEM-STMを用いたReRAMスイッチング現象のその場観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 有田正志
  • 学会等名: ReRAMワークショップ
  • 発表場所: 物材機構,つくば
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 抵抗変化メモリ動作のTEMその場観察を念頭においた試料作製法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 工藤昌輝
  • 学会等名: 応用物理学会講演会
  • 発表場所: 早大,東京
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] In-situ transmission electron microscopy analysis of conductive filament in resistance random access memories (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takahashi
  • 学会等名: 220th ECS Meeting
  • 発表場所: Westin Boston Waterfront, Boston
  • 年月日: 2011-10-11
• [学会発表] In-situ TEM observation for formation of Au nanowires and nanogaps caused by electromigration (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Murakami
  • 学会等名: 2011 SSDM
  • 発表場所: WINC AICHI , Nagoya
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] In-situ TEM Observation of electromigration in Au thin wires (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Murakami
  • 学会等名: EMRS ICAM IUMRS 2011
  • 発表場所: Nice
  • 年月日: 2011-05-10
• [学会発表] Lorentz microscopy observations of MgO/Fe-nanodot/MgO granular films (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kudo
  • 学会等名: EMRS ICAM IUMRS 2011
  • 発表場所: Congress Center, Nice
  • 年月日: 2011-05-10
• [学会発表] Resistance switching properties of molybdenum oxide films (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Arita
  • 学会等名: EMRS ICAM IUMRS 2011
  • 発表場所: Congress Center, Nice
  • 年月日: 2011-05-10
• [学会発表] In-situ TEM analysis of conductive filament in a solid electrolyte resistance RAM (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Fujii
  • 学会等名: 2011 MRS
  • 発表場所: Moscone West Convention Center, San Fransisco
  • 年月日: 2011-04-28
• [学会発表] 電磁石搭載型TEMホルダーシステムの作製とパーマロイディスクへの応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 有田正志
  • 学会等名: 日本金属学会2010年秋期講演大会
  • 発表場所: 北海道大学,札幌
  • 年月日: 2010-09-27
• [学会発表] The observation on conduction spot in NiO resistance RAM (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Fujii
  • 学会等名: 2010 SSDM
  • 発表場所: Univ. Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 2010-09-23
• [学会発表] 磁場印加機構を持ったローレンツ観察用TEMホルダーの開発と磁性薄膜その場観察への応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 徳田良平
  • 学会等名: 日本磁気学会講演会
  • 発表場所: 国際会議場,つくば
  • 年月日: 2010-09-07
• [学会発表] I-V measurement of nano-region NiO in transmission electron microscope (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Fujii
  • 学会等名: EMRS 2010
  • 発表場所: Congress Center, Strasbourg
  • 年月日: 2010-06-08
• [学会発表] TEM holder generating in-plane magnetic field and its application on thin permalloy films (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Tokuda
  • 学会等名: EMRS 2010
  • 発表場所: Congress Center, Strasbourg
  • 年月日: 2010-06-08
• [学会発表] TEM内電気伝導計測のための特殊ホルダー開発とその応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 有田正志
  • 学会等名: 顕微鏡学会北海道支部講演大会
  • 発表場所: 酪農大,江別
  • 年月日: 2009-12-12
• [学会発表] I-V hysteresis of Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3 in TEM observation (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Fujii
  • 学会等名: EMRS 2009
  • 発表場所: Congress Center, Strasbourg
  • 年月日: 2009-06-09
• [学会発表] 磁場印加機構を持ったローレンツ観察用TEMホルダーの試作 (2009)
  • 著者名/発表者名: 徳田良平
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会講演会
  • 発表場所: 仙台国際センター,仙台
  • 年月日: 2009-05-27