全固体イオン伝導体酸化還元素子による強相関酸化物膜の抵抗スイッチング素子の開発

使用全固态离子导体氧化还原装置开发强关联氧化膜电阻开关装置

基本信息

批准号：
22K04933
负责人：
樋口透
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

現在使用されているパソコンや携帯電話の半導体メモリー素子は、微細化技術の向上により、高機能化・省電力化・小型化・大容量化が実現されてきた。しかし、ムーアの法則によれば、近い将来、微細化技術の限界を迎えるとされており、従来から新しい原理に基づく様々なメモリー素子が提案されてきた。本研究では、強相関酸化物VO2膜上積層させたイオン伝導体固体電解質膜から成る全固体酸化還元トランジスタを作製し、イオンの挿入・脱離によりＶＯ２の電気抵抗を制御することで、抵抗スイッチングを可能にする新規の素子を開発することが目的である。２０２２年前期は、VO2及びイオン伝導体固体電解質（ＬｉＣｏＯ２）の膜を安定的かつ再現性良く作製するためのスパッタ装置の整備を行った。２０２２年後期は、Ａｌ２Ｏ３基板上にＶＯ２ＬｉＣｏＯ２２の各膜を作製し、種々の成膜条件の検討から、基板温度700℃、成膜圧4mTorrにて安定的に配向膜が出来ることをX線回折と放射光光電子分光による構造・価数評価により評価した。また、全固体トランジスタ化を想定して、ＶＯ２／ＬｉＣｏＯ２多層膜を作製し、ＬｉＬｉｘＶＯ２が生成による絶縁体化を明らかにした。この結果は、放射光X線光電子分光やX線吸収分光によるFermi準位近傍の電子構造の結果からも確認できた。この結果は、全固体酸化還元素子において、電圧印加に伴うＬｉイオンの挿入が可能であることを示唆しており、当初の狙い通りの結果である。

由于小型化技术的进步，目前个人电脑和移动电话中使用的半导体存储器件变得更加复杂、更加节能、更加紧凑、容量更大。然而，根据摩尔定律，小型化技术将在不久的将来达到极限，各种基于新原理的存储器件已经被提出。在这项研究中，我们制造了一种由离子导体固体电解质膜层压在强关联氧化物VO2膜上组成的全固态氧化还原晶体管，并通过嵌入和脱附离子来控制VO2的电阻，从而实现电阻切换。目的是开发新设备使之成为可能。 2022年上半年，我们安装了溅射设备，稳定生产VO2和离子导体固体电解质（LiCoO2）薄膜，重现性良好。 2022年下半年，我们将在Al2O3基板上制作VO2LiCoO22薄膜，并研究各种成膜条件，利用X射线衍射发现在700℃的基板温度下可以形成稳定的取向膜，并且成膜速度快。使用同步辐射光电子能谱评估了4 mTorr的压力。此外，假设全固态晶体管，制作了VO2/LiCoO2多层膜，结果表明LiLixVO2由于其形成而变成绝缘体。同步辐射X射线光电子能谱和X射线吸收光谱得到的费米能级附近的电子结构结果也证实了这一结果。该结果表明，通过施加电压可以将Li离子插入到全固态氧化还原元件中，并且该结果与最初预期的一样。

项目成果

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All-Solid-State Redox Transistor for In Situ Manipulation of Perpendicular Magnetic Anisotropy in Half-Metallic NiCo2O4 Thin Film

用于原位操纵半金属 NiCo2O4 薄膜垂直磁各向异性的全固态氧化还原晶体管

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tomoki Wada; Wataru Namiki; Takashi Tsuchiya; Daisuke Kan; Yuichi Shimakawa; Tohru Higuchi;Kazuya Terabe
通讯作者：
Kazuya Terabe

研究者情報データベースRIDAI

研究员信息数据库 RIDAI

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

半導体-絶縁体転移を示すVO2/Nb-TiO2多層膜の電子構造とキャリアー密度

半导体-绝缘体转变的 VO2/Nb-TiO2 多层薄膜的电子结构和载流子密度

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
谷古宇海斗;西翔平;伊藤宏樹;谷口充樹;冨吉希彩良;高田文朝;志賀大亮;組頭広志;樋口透
通讯作者：
樋口透

Edge-of-chaos learning achieved by ion-electron coupled dynamics in an ion-gating reservoir

通过离子门控储层中的离子电子耦合动力学实现混沌边缘学习

DOI：
10.1126/sciadv.ade1156
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
13.6
作者：
Nishioka Daiki;Tsuchiya Takashi;Namiki Wataru;Takayanagi Makoto;Imura Masataka;Koide Yasuo;Higuchi Tohru;Terabe Kazuya
通讯作者：
Terabe Kazuya

Surface proton conduction below 100 °C of Ce0.80Sm0.20O2-δ thin film with oxygen vacancies

氧空位Ce0.80Sm0.20O2-δ薄膜在100℃以下的表面质子传导

DOI：
10.35848/1347-4065/ac4feb
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
G. Notake; D. Nishioka; H. Murasawa; M. Takayanagi; Y. Fukushima; H. Ito; T. Takada; D. Shiga; M. Kitamura; H. Kumigashira;T. Higuchi
通讯作者：
T. Higuchi