Displacive transforamtion-type polymprohic semiconductors for non-volatile memory

用于非易失性存储器的位移变换型多态半导体

• 批准号: 21H04604
• 负责人: 須藤 祐司
• 金额: $ 27.29万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04604/
• 关键词: 相変化メモリ; 無次元数; トムソン効果; 不揮発性メモリ; PCRAM; 多形転移

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。

这项研究提出了一种晶体多态性过渡半导体，旨在建立其多态性过渡机制的理论，并旨在实现对下一代记忆的物质突破：“结晶多态性记忆。”在这一研究期间，为相变材料层的温度升高创建了一个新的无量纲数，这是相变存储器的存储层，特别是由于焦耳加热，以评估汤姆森对温度升高的影响。在此分析中，以现有的GE-SB-TE相变材料（GST）为示例来评估它。结果，发现汤姆森效应以无量纲数为主导：c =ρ/（Δx/σ），这表明电极与GST相变材料之间界面上接触电阻的贡献。在这里，ρ表示电极与相变材料之间的接触电阻，ΔX表示相变材料的厚度，并且ρ表示相变材料的电导率。已经发现，如果C少于1，即，如果相变材料的体积电阻为主导性，则可以通过无量纲数来评估汤姆森效应：b =μ·σ·Δφ/k。在这里，μ是汤姆森效应，Δφ是电压，k是相变材料的热导率。另一方面，当C接近或大于1时，也就是说，当电极和相变材料之间的接触电阻不容忽略时，发现可以通过无尺寸的数字来评估汤姆森效应：b/（b/（1+c）。使用上述无量纲数的分析表明，在基于GST的相变材料的情况下，当GST达到高温时，由于汤姆森效应，温度升高被抑制约10-20％。通过引入上述无限数量分析，可以更深入地了解多态性半导体记忆的操作机理。

项目成果

Hanyang University(韓国)

汉阳大学（韩国）