MnTe多形変態のひずみ制御およびそのストレイントロニクスデバイスへの展開

MnTe多晶型转变的应变控制及其在应变电子器件中的应用

• 批准号: 22KJ0189
• 负责人: KIM MIHYEON
• 金额: $ 1.41万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0189/
• 关键词: Manganese Telluride; Cr-Mn-Te; 薄膜; 多形変態; 不揮発性相変化メモリ; polymorphic change; phase change materials; phase change memory; strain-induced; straintronics

MnTeは室温安定相のα相、高温相のβ相をもつ多形体であり、これら結晶間の多形変態に伴い、電気抵抗や光学バンドギャップの大きい変化を示す相変化材料である。我々研究グループは、コスパッタリング法により成膜したMnTe薄膜の多形変態を用いることで高速かつ省エネな不揮発性メモリ動作が可能であることを見出した。一方で、MnTeを含むこれまでの相変化メモリ（PCRAM）では、ジュール熱により単に0と1の二値を操るメモリであったが、膨大に増え続けるデータ量やAI技術の発展により、より高性能・高機能なメモリの開発が期待されており、スピントロニクスやストレイントロニクスといった新分野の研究が世界中で活発になっている。本研究では、多段階的に抵抗値を変化できれば多値記録メモリによる大容量化が可能となる。本研究では、MnTeの多形変態に熱応力が密接に関係していることから、外部応力による多段階的な物性変化の可能性に注目した。しかし、MnTe薄膜の変態温度は450℃以上と高温であり、応力による物性変化を実現するには変態温度の低下が求められる。そこで、成膜したままの薄膜の相安定性に注目し、第三元素（Cr）を添加することで相安定性を制御した結果、多形変態温度を低下させることに成功した。さらに、特定組成領域におけるCr-Mn-Te三元系薄膜は二元系MnTe薄膜より多段階的な電気抵抗の温度依存性を示すことがわかった。この段階的な変化は当初目的であった多値記録への可能性が示唆される。現在、Cr-Mn-Teデバイスを作製してメモリ動作を評価し、不揮発性メモリ動作を示すことを実証しており、続いてジュール熱や、ひずみ制御による多値記録の可能性を試みる方針である。また、これらの結果は国内学会や国際会議にて成果発表を行った。

MnTe是一种多晶型物质，具有室温下稳定的α相和高温相β相，并且是一种相变材料，由于这些晶体之间的多晶型转变，电阻和光学带隙表现出较大的变化。我们的研究小组发现，通过利用共溅射沉积的MnTe薄膜的多晶型转变，可以实现高速、节能的非易失性存储器操作。另一方面，含有MnTe的传统相变存储器（PCRAM）是一种简单地利用焦耳热来操纵二进制值0和1的存储器，但随着数据量的不断增加和AI技术的发展，它已经人们对高性能、高功能存储器的开发抱有很高的期望，自旋电子学和应变电子学等新领域的研究正在世界各地变得活跃。在本研究中，如果可以多级改变电阻值，则将有可能增加多级记录存储器的容量。在本研究中，由于热应力与MnTe的多晶型转变密切相关，因此我们重点关注外部应力导致物理性能发生多步变化的可能性。然而MnTe薄膜的相变温度较高，超过450℃，为了实现应力引起的物性变化，必须降低相变温度。因此，他们着眼于沉积薄膜的相稳定性，通过添加第三元素（Cr）来控制相稳定性，并成功降低了多晶型转变温度。此外，发现特定组成范围的三元Cr-Mn-Te薄膜比二元MnTe薄膜表现出多级电阻温度依赖性。这种逐渐的变化表明了实现多级记录的可能性，这也是最初的目标。目前，我们正在制造Cr-Mn-Te器件并评估其存储操作，证明其具有非易失性存储操作，并计划尝试使用焦耳加热和应变控制进行多级记录的可能性。此外，这些成果还在国内学术会议和国际会议上发表。

项目成果

Raman study of polymorphic-manganese telluride thin film

多晶型碲化锰薄膜的拉曼研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Mihyeon Kim; Yi Shuang; Daisuke Ando; Yuji Sutou
• 通讯作者: Yuji Sutou

Electrical Conduction Mechanism of β-MnTe Thin Film with Wurtzite-Type Structure Using Radiofrequency Magnetron Sputtering

射频磁控溅射纤锌矿型β-MnTe薄膜的导电机制

• DOI: 10.1002/pssr.202100641
• 发表时间: 2022
• 作者: Mihyeon Kim; Shunsuke Mori; Yi Shuang; Shogo Hatayama; Daisuke Ando; Yuji Sutou
• 通讯作者: Yuji Sutou

Cr-Mn-Te多形変化薄膜の不揮発性相変化メモリへの応用可能性

Cr-Mn-Te多态薄膜在非易失性相变存储器中应用的可能性

• 发表时间: 2022
• 作者: 金美賢;双逸;安藤大輔;須藤祐司
• 通讯作者: 須藤祐司

MnTe薄膜におけるレーザー加熱による多形変化の顕微ラマン観察

激光加热 MnTe 薄膜中多晶型变化的显微拉曼观察

• 发表时间: 2022
• 作者: 金美賢;森竣祐;双逸;安藤大輔;須藤祐司
• 通讯作者: 須藤祐司

ウルツ鉱型MnTe薄膜における電導機構

纤锌矿型MnTe薄膜的导电机制

• 发表时间: 2021
• 作者: 金美賢;森竣祐;双逸;畑山祥吾;安藤大輔;須藤祐司
• 通讯作者: 須藤祐司