Ultrafast Superlattice Phase-change Artificial Synapse

従来の可逆な超高速相変化が観測されたGeTe/Sb2Te3超格子材料がシナプス機能材料として適していないと考えられる。そこで、本研究では、新しい結晶構造と機能の探索に広く使われている第一原理計算法を用い、異原子添加法により導電率が連続的に変えられる新材料を探求した。最初に、GeTe/Sb2Te3超格子材料の結晶構造モデルを作成した。計算によって最安定構造まで緩和させる後に、電子バンド構造を計算し、バンドギャップと結晶構造との関係を明らかにした。この結果に基づき、N等の進入型異原子を添加したGeTe/Sb2Te3超格子型多層膜の構造モデルを作成し、計算により電子バンド構造を求めた。これにより、添加異原子を決め、更に添加量を最適化し、シナプス機能材料としての超格子型多層膜を見出した。また、低コストで量産化に向いているスパッタリング法による高品質なGeTe/Sb2Te3多層膜の作製法が報告されている。そこで、本研究では、スパッタリング法により、第一原理計算で探求した新材料を作製した。N2が導入された超高真空中でGeTeとSb2Te3層を交互に積層し、基板上に多層材料を成膜した。N2流量制御により、適切な添加量を得ることができた。原子間力顕微鏡やX線回折装置等により作製した材料のラフネスと結晶性などを測定し、成膜挙動を解明した。また、結晶性と界面エネルギーが超格子材料の配向性を左右するので、以上の成膜挙動解明により成膜条件を最適化し、高品質な多層薄膜の作製法を確立した。

従来の可逆な超高速相変化が観測されたGeTe/Sb2Te3超格子材料がシナプス機能材料として適していないと考えられる。そこで、本研究では、新しい結晶構造と機能の探索に広く使われている第一原理計算法を用い、異原子添加法により導電率が連続的に変えられる新材料を探求した。最初に、GeTe/Sb2Te3超格子材料の結晶構造モデルを作成した。計算によって最安定構造まで緩和させる後に、電子バンド構造を計算し、バンドギャップと結晶構造との関係を明らかにした。この結果に基づき、N等の進入型異原子を添加したGeTe/Sb2Te3超格子型多層膜の構造モデルを作成し、計算により電子バンド構造を求めた。これにより、添加異原子を決め、更に添加量を最適化し、シナプス機能材料としての超格子型多層膜を見出した。また、低コストで量産化に向いているスパッタリング法による高品質なGeTe/Sb2Te3多層膜の作製法が報告されている。そこで、本研究では、スパッタリング法により、第一原理計算で探求した新材料を作製した。N2が導入された超高真空中でGeTeとSb2Te3層を交互に積層し、基板上に多層材料を成膜した。N2流量制御により、適切な添加量を得ることができた。原子間力顕微鏡やX線回折装置等により作製した材料のラフネスと結晶性などを測定し、成膜挙動を解明した。また、結晶性と界面エネルギーが超格子材料の配向性を左右するので、以上の成膜挙動解明により成膜条件を最適化し、高品質な多層薄膜の作製法を確立した。