多段相変化型単一合金薄膜を用いた多値記録不揮発性メモリの開発

使用多级相变型单一合金薄膜的多级记录非易失性存储器的开发

基本信息

批准号：
10J05810
负责人：
齊藤雄太
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

最終年度である本年度は、新規に開発したGeCu_2Te_3(GCT)三元化合物とこのGCTを含むGeTe-CuTe擬二元化合物の諸特性について体系的に調査した。またGCTと既存材料であるGSTを組み合わせたメモリデバイスを作製することで、電流印可による多値記録動作を試みた。これまでの研究から、GCTは低融点を有するためアモルファス化に伴う消費電力が低く、さらに結晶化温度も高くアモルファスの安定性も高いことがわかっていた。一方、メモリ用材料として用いる場合、高速書き換え動作を実現するために結晶化に要する時間も重要なパラメータになる。そこでレーザー照射装置でGCTアモルファス薄膜の結晶化、アモルファス化時間を測定した。GCTは高速結晶化材料として知られるGSTと同等の結晶化時間を示し、またアモルファス化はGSTに比べ時間、電力ともに半分程度と、レーザー試験においても低消費電力であることが確認された。これらの結果から、GCTは高耐熱性、低消費電力、高速結晶化という優れた特性を併せ持つ材料であることを明らかにした。GeTe-CuTe擬二元合金の諸特性の組成依存性を調べた結果、GeTe、GCT両化合物から組成がずれると結晶化温度は上昇するが、結晶化時間も遅くなることがわかった。また、アモルファスと結晶の体積変化や反射率変化の組成依存性を調べた結果、GeTe-CuTe擬二元合金は結晶化に伴いGeTeとGCTに相分解することがわかった。GCTとGSTを積層させたメモリデバイスを作製した。異なる材料を組み合わせる場合、それぞれの材料特性の関係が最適化されている必要があるが、GCTとGSTはそれらの関係を満たすことが基礎実験から確認されていた。実際に作製したデバイスの電気特性を測定すると、どちらもアモルファスの高抵抗状態、GSTのみ結晶化した中間抵抗状態、どちらも結晶化した低抵抗状態の三段階の抵抗状態を持たせることができた。また、それぞれの状態間の変化も印可電流・電圧を調整することで制御できることが確認された。

今年，即最后一年，我们系统地研究了新开发的GeCu_2Te_3（GCT）三元化合物和含有该GCT的GeTe-CuTe伪二元化合物的性能。此外，通过创建结合GCT和现有材料GST的存储设备，我们尝试通过施加电流进行多值记录。此前的研究表明，GCT的熔点较低，因此将其转变为非晶态材料的功耗较低，且其结晶温度较高，非晶态高度稳定。另一方面，当用作存储材料时，为了实现高速重写操作，结晶所需的时间也是一个重要参数。因此，我们使用激光照射装置测量了GCT非晶薄膜的结晶和非晶化时间。 GCT的结晶时间与GST相当，被称为快速结晶材料，并且在激光测试中也证实它比GST消耗更少的功率，非晶化所需的时间和功率约为GST的一半。这些结果表明，GCT是一种具有高耐热性、低功耗、快速结晶等优异性能的材料。通过研究GeTe-CuTe准二元合金各种性能的成分依赖性，发现当成分同时偏离GeTe和GCT化合物时，结晶温度升高，但结晶时间也减慢。此外，通过研究非晶材料和晶材料之间的体积变化和反射率变化的成分依赖性，发现GeTe-CuTe伪二元合金在结晶时相分解为GeTe和GCT。我们制造了一个堆叠 GCT 和 GST 的存储设备。当组合不同材料时，必须优化每种材料性能之间的关系，基础实验已经证实GCT和GST满足这些关系。当我们测量实际制造的器件的电性能时，我们能够创建三种电阻状态：两者都是非晶态的高电阻状态，只有GST结晶的中间电阻状态，以及两者都结晶的低电阻状态。。还证实可以通过调节施加的电流和电压来控制每种状态之间的变化。