2013 Fiscal Year Research-status Report
ＴＥＭ－ＳＴＭその場計測による抵抗変化メモリの動作機構解明
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25420279
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
有田 正志 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (20222755)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 庸夫 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (90374610)
末岡 和久 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (60250479)
柴山 環樹 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10241564)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 抵抗変化メモリ / 電子顕微鏡 / 電子・電気材料 / 電子デバイス・機器 / ナノ材料 |
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| Research Abstract |
キャパシタ構造への電圧印加により抵抗値が大きく変化する抵抗変化メモリ（ReRAM）が広く研究されている．その動作機構について数種のモデルが提唱され，透過および走査電子顕微鏡（TEM，SEM）による評価も行われている．それらは抵抗変化後の静的な状態観察であり，また抵抗変化部位にも曖昧な点が多い．本研究ではその場TEM法を用いて抵抗変化時の構造変化を動的に直視・分析し，その動作機構を明らかする．H25年度には主には装置開発および基盤技術の最適化を行い，これをCu/MoOxを中心とした材料系に応用した．その場TEM研究による結果を論文および国内学会にて発表した．詳細は以下の通りである．
①装置開発：FET搭載型TEM-STMホルダー（mmオーダーの粗動，10μmの微動ストローク）が完成した．二軸傾斜機能を備えており，ReRAM積層界面近傍の観察が可能になった．現在，その場TEM観察実験に使用中である．②試料加工法開発：TEM試料作製用のイオンシャドー法に改良を加え，スパッタ中に試料を移動する機構を開発した．より均質なTEM用ReRAM試料の作製が可能になった．③その場TEM計測：Cu/MoOxにおいて，IVスイッチサイクルの繰り返しに成功した．これは他に報告例のない結果である．不活性電極から導電フィラメントが成長することを明瞭に捉えるとともに，スイッチ電流増加によりフィラメントが太くなること，フィラメント箇所が必ずしも固定されているわけではない事を明らかにした．同様のことはCu/WOxにおいても認められた．これらを国内外で発表した．④ReRAMデバイス：MoOx系, WOx系の作り込み型ReRAMデバイスを作製し，スイッチング速度の観点から，20-50 nmの膜厚試料がその場TEM研究に適切であることが分かった．また，スイッチの安定性が不活性電極の種類に依ることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画立案当初に予定していた装置・基盤技術の開発はほぼ終了し，実際のその場TEM研究に応用できている．そのTEM観察を通じて，ReRAMの抵抗スイッチに関係する導電フィラメントの形成・消失の過程を，直接にしかも動的に観察できた．ほぼ予定通りの研究進行状況であり，成果発表についても行うことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
まずH25の結果を数件の論文にまとめると共に，国際会議で広く発表を行う．これによる海外研究者との議論を通じて，ReRAMの動作機構についての共同理解を深める．それと同時に，より実用に近い材料系（HfOx系，TaOx系）を用いた実験・研究へ向けての準備を開始する．研究は予定通り進行しており，計画方針を変更する必要はない．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
1) 3月納品分の伝票処理が4月になっているため．
2) 前倒し支払により購入を予定していた物品が安価に納入できたため．
1) 2014年3月納品分の支払い
2）学会出張旅費，消耗品の購入等に充てる．
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Research Products
(45 results)
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[Journal Article] Effect of nonstoichiometry on the half-metallic character of Co2MnSi investigated through saturation magnetization and tunneling magnetoresistance ratio2014
Author(s)
G.-F. Li, Y. Honda, H.-X. Liu, K.-I. Matsuda, M. Arita, T. Uemura, M. Yamamoto, Y. Miura, M. Shirai, T. Saito, F. Shi, M. Voyles
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 89
Pages: 014428
DOI
Peer Reviewed
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