遷移金属元素ドープによる相変化材料GeTeの結晶歪を制御した結晶化温度の改善

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本研究では相変化メモリ材料の結晶化温度の高温化を目的としている。ターゲット材料はⅣ－Ⅵ族化合物GeTeであり、遷移金属元素Mnをドープすることによって原子間結合を強くし、結晶化温度の高温化を実現する可能性を検証している。2022年度には、蒸着原料の組み合わせをGeTe、Te、MnからGeTeとMnTeに変えて薄膜材料を合成してきた。GeTeの加熱温度を固定し、MnTeの加熱温度を調整することでMn濃度を変えた試料を合成した。Mn濃度はEDXを用いて評価した。Mn濃度3％前後の低濃度試料を合成することができ、その結晶化温度を真空中で二端子法を用いて測定した結果、母材であるGeTeよりも若干の結晶化温度の上昇を確認することができた。今後は、結晶構造が変わるMn濃度20％前後に焦点を絞った試料合成を進める。一方で、スイッチング特性の評価を行うために、ピラーと呼ぶ柱状電極をもつバーティカル型のメモリ素子構造の設計を進めた。マスクレス露光による微細加工の工程及びデザインについて検討し、レジスト現像によるピラー径寸法について試験した結果、最小3μm径までの加工ができることを確認した。設計した素子形状における電熱特性を評価するために有限要素法を用いたシミュレーション実験を行った。ピラーと相変化材料の接触面に凹構造を形成することによって消費電力を低減できることを示した。また、スイッチング特性を評価するための計測システムの構築を進めてきた。超短パルス微小電流の計測を実現するための電流アンプ仕様について検討し、帯域幅の改善が課題として残された。