Ｃｒ－Ｇｅ－Ｔｅ系層状物質の高速相変化機構の解明及び不揮発性メモリへの応用

阐明Cr-Ge-Te层状材料的快速相变机制及其在非易失性存储器中的应用

基本信息

批准号：
17J02967
负责人：
畑山祥吾
金额：
$ 1.6万
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、CrGTの高速相変化機構の解明および不揮発性メモリへの応用である。本年度は、以下の知見を得た。初めにEXAFSとHAXPESを用いて局所構造の観点からCrGTの相変化機構を調査した。その結果、CrGTは結晶化直後にアモルファス相と局所構造の類似した準安定相が出現し、その後、Crが僅かに移動するだけで安定相に変化することを突き止めた。これは、CrGTの高速相変化が相同士の局所構造類似性によってもたらされていることを示唆している。加えて、相変化による結合状態変化を調査し、結晶CrGTのキャリア生成起源がCr空孔であることも突き止め、準安定相から安定相へと変化する過程でCr空孔が徐々に減少し高抵抗化していることを明らかにした。このようなアモルファス相から安定相へと変化する過程で生じる高抵抗化は価電子端近傍のスペクトルにも明確に反映されることが分かった。アモルファス相では価電子端近傍に位置していたフェルミ準位が、安定相へと変化するにつれてバンドギャップ中に入り込み、最終的にはバンドギャップの殆ど中央付近に位置するため高抵抗になることを明らかにした。上記に加えてCrGTデバイスの動作特性を調査し、2000回を上回る繰り返し書き換え性能を実証した。また、デバイスを微細化させていくとCrGTは急激な動作エネルギーの低減を示し、実製品レベルまで微細化した際には実用材GSTよりも98%以上低いエネルギーで動作可能であることが分かった。

本研究的目的是阐明CrGT的快速相变机制及其在非易失性存储器中的应用。今年，我们获得了以下知识。首先，我们使用 EXAFS 和 HAXPES 从局域结构的角度研究了 CrGT 的相变机制。结果，我们发现在CrGT中，结晶后立即出现局部结构与非晶相类似的亚稳相，然后转变为稳定相，Cr仅有轻微的移动。这表明 CrGT 的快速相变是由相之间的局部结构相似性引起的。此外，我们研究了相变引起的键合状态的变化，发现结晶CrGT中载流子产生的根源是Cr空位。在从亚稳相转变为稳定相的过程中，Cr空位逐渐减少并增加，变成显然存在阻力。研究发现，从非晶相向稳定相转变过程中发生的电阻增加也清晰地反映在价电子边缘附近的光谱中。在非晶相中，位于价边缘附近的费米能级随着其转变为稳定相而移动到带隙中，并最终几乎位于带隙的中心，从而导致高电阻。除此之外，我们还研究了CrGT器件的工作特性，并展示了其超过2000次的重复重写性能。此外，随着器件的小型化，CrGT表现出工作能量的快速降低，当其小型化到实际产品的水平时，人们发现它可以在比实用材料GST低98%以上的能量下工作。。