Displacive transforamtion-type polymprohic semiconductors for non-volatile memory

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本研究では、結晶多形転移半導体を提案し、その多形転移機構の学理を構築すると共に、次世代メモリ：「結晶多形メモリ」に向けた材料ブレークスルーを目指すことを目的としている。本研究期間では、相変化メモリデバイスのメモリ層である相変化材料層のジュール加熱による温度上昇について、特に、温度上昇に及ぼすトムソン効果を評価するための新しい無次元数を作成した。本解析にあたっては、既存のＧｅ－Ｓｂ－Ｔｅ系相変化材料（ＧＳＴ）を例として取り上げ評価した。その結果、トムソン効果は、電極とＧＳＴ相変化材料の界面での接触抵抗の寄与を示す無次元数：Ｃ＝ρ／（Δｘ／σ）に支配されることが分かった。ここで、ρは電極と相変化材料の接触抵抗、Δｘは相変化材料の厚さ、σは相変化材料の電気伝導度を示す。Ｃが１よりも非常に小さい場合、即ち、相変化材料の体積抵抗が支配的な場合は、トムソン効果は無次元数：Ｂ＝μ・σ・ΔΦ／ｋによって評価できることが分かった。ここで、μはトムソン効果、ΔΦは電圧、ｋは相変化材料の熱伝導度である。一方、Ｃが１に近いあるいは１より大きい場合、即ち、電極と相変化材料の接触抵抗が無視できない場合は、トムソン効果は無次元数：Ｂ／（１＋Ｃ）により評価できることが分かった。以上の無次元数を用いた解析により、ＧＳＴ系相変化材料の場合では、ＧＳＴが高温になるとトムソン効果に起因して温度上昇が約１０～２０％抑制されることが分かった。以上の無次元数解析を導入することで、多形半導体メモリの動作メカニズムをより深く理解することが可能となる。