構造制御された酸化物ナノワイヤヘテロ構造体の創成と室温動作ナノデバイスへの展開

创建结构控制的氧化物纳米线异质结构并开发在室温下运行的纳米器件

基本信息

批准号：
08J06136
负责人：
長島一樹
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までに確立した単一酸化物ナノワイヤ電気伝導測定系を用いて、SnO_2ナノワイヤをモデル材料として電気輸送特性を評価した。非接触マイクロ波電気伝導測定法との比較、及び種々の検討により、金属/n型酸化物ナノワイヤ界面に在する電荷注入障壁が酸化物ナノワイヤの電気物性に大きな影響を与えることを明らかにした。更に、この電荷注入障壁が表面ドライエッチングにより改善する事を見出した。これにより多種多様な酸化物ナノワイヤの本質的な単一電気輸送評価が可能となる。上記の界面効果を加味した測定系を構築し、MgO/Co_3O_4ナノワイヤの単一電気輸送特性を評価した。Co_3O_4はVO_2に歪効果を導入するために重要となるTiO_2層のwell-definedな成長の為のバッファ層である。評価手法として不揮発性抵抗変化現象に着目し、10nmスケールの制限ナノ領域において初めて不揮発性抵抗変化現象を実証した。更に、1億回の抵抗変化繰り返し耐性、及び10^4秒の抵抗保持時間を実証し、酸化物ナノワイヤ中における安定な不揮発性抵抗変化を確認した。駆動電流の劇的な低下(10^<-9>A)が観測され、消費電力～1μWの超低消費電力不揮発性メモリデバイスを実証した。上記酸化物ナノワイヤ素子と外気との相互作用を利用して、酸化物ナノワイヤ中に形成された伝導パスの物理起源、及び抵抗変化機構がナノ空間における酸化還元反応・電子状態変化に起因する事を明らかにした。これら一連の結果は不揮発性抵抗変化現象の本質に迫る重要な物理的知見であり、well-definedなCo_3O_4層の形成を意味する結果である。

利用前一年建立的单一氧化物纳米线电导率测量系统，我们以SnO_2纳米线为模型材料评估了其电传输性能。通过与非接触式微波电导率测量和各种研究的比较，发现金属/n型氧化物纳米线界面处存在的电荷注入势垒对氧化物纳米线的电性能有很大影响。此外，我们发现可以通过表面干蚀刻来改善这种电荷注入势垒。这使得能够对多种氧化物纳米线进行基本上单一的电传输评估。我们构建了考虑上述界面效应的测量系统，并评估了MgO/Co_3O_4纳米线的单一电传输特性。 Co_3O_4是TiO_2层清晰生长的缓冲层，对于将应变效应引入VO_2非常重要。我们重点关注非易失性电阻变化现象作为评估方法，并首次在 10 nm 尺度的受限纳米区域中演示了非易失性电阻变化现象。此外，我们还展示了1亿次的电阻变化电阻和10^4秒的电阻保持时间，证实了氧化物纳米线具有稳定的非易失性电阻变化。观察到驱动电流显着降低(10^-9A)，展示了功耗约为1μW的超低功耗非易失性存储器件。利用上述氧化物纳米线元件与外界空气之间的相互作用，我们可以研究氧化物纳米线中形成的传导路径的物理起源，以及揭示纳米空间中氧化还原反应和电子态变化引起的电阻变化机制。这一系列结果是接近非易失性电阻变化现象本质的重要物理发现，并且是暗示形成明确的Co_3O_4层的结果。