Control of conductivity of mixed anion compounds through distortion of coordination and their device application

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本研究では、遷移金属酸フッ化物を用いた抵抗変化メモリ素子（ReRAM）の提案を目的としている。イオン伝導には構成元素や空孔の配列が影響を及ぼすことが知られている。そこで、異方性を制御した層状ベロブスカイト型GdBaCo2O5.5(GBCO)薄膜の合成を行った。GBCOはc軸方向のGd/Ba配列に加え、b軸方向に八面体CoO6/ピラミッドCoO5の配列を有し、いずれもイオン伝導に影響を及ぼす可能性がある。様々な基板上にGBCO膜をパルスレーザー蒸着（PLD）法により作製し、配列の制御を試みた。その結果、基板の格子定数や面方位に応じてGd/BaおよびCoO6/CoO5配列を制御できることを見出した。特にSrTiO3(001)上の薄膜では、面直方向にGd/Baのみが配列し、CoO6/CoO5配列は観測されなかった。結晶系も本来の斜方晶から正方晶へと変化した。同様に、LaSrGaO4(001)上ではCoO6/CoO5のみが面直方向に配列し、Gd/Ba配列は消失した。また、NdGaO3(110)およびLaSrAlO4(001)上の薄膜では、CoO6/CoO5配列の方向を制御できることが判明した。これらの結果は、イオン伝導の異方性制御に向けた第一歩となる。続いて、アモルファスZnOxSy薄膜のPLD成膜を行った。ZnOおよびZnSターゲットを交互にアブレートすることにより、0 < y/(x+y) < 1の幅広い範囲で組成を制御することができた。そのうち、~0.30 < y/(x+y) < 0.35の薄膜は金属的な電導性を示した。キャリア濃度は10^16 cm-3台から10^19 cm-3であり、移動度は15 cm2V-1s-1に達した。