ＭｎＴｅ薄膜の結晶間相変化メカニズムの解明およびその次世代不揮発性メモリへの応用

阐明MnTe薄膜晶间相变机制及其在下一代非易失性存储器中的应用

• 批准号: 19J21117
• 负责人: 森 竣祐
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J21117/
• 关键词: MnTe; 多形変化; 不揮発性メモリ; 熱応力; MnTe薄膜; 多形転移; 変位型相転移; 耐熱性; 多形体; 半導体

これまでに、NiAs/ウルツ鉱型構造間でのMnTe薄膜の多形変化による電気および光学特性変化、それを用いたメモリ動作性能や相変化メカニズム、そして多形変化の進行がキャップ層から受ける機械的拘束の影響を受けることが明らかとなっていた。この機械的拘束は、MnTeとキャップ層との間に生じる熱膨脹差に由来する熱応力であると考えられる。そこで、MnTe薄膜に生じる熱応力を変化させるために、熱膨張係数の異なる材料をキャップ層に用いて、ウルツ鉱型→NiAs型構造への相変化挙動をX線回折により調査したところ、キャップ層によって相変化の温度が異なることが分かった。実際に生じている熱応力の解析を行うために、MnTeの熱膨張係数およびヤング率を測定した。これらの結果を用いて、有限要素法により相変化におけるMnTe薄膜の熱応力分布をシミュレーションしたところ、面内圧縮方向への熱応力が大きいほど相変化温度が低くなることが明らかとなった。この結果は、圧縮応力が大きいほどNiAs型構造が安定化することを示しており、多形変化に伴う体積変化に由来していると考えられる。したがって、MnTeの結晶構造の安定性を応力により制御できることを実証した。このような結果は、基板や電極に用いる材料の選定など、メモリデバイスの設計指針において重要なだけではなく、ひずみ（応力）により材料の物性を変化させる“ストレイントロニクス（歪み電子工学）”への展開も期待される成果である。

こ れ ま で に, NiAs / ウ ル ツ 鉱 type structure between で の MnTe film の polymorphic variations change に よ る electric 気 お よ び optical properties variations, そ れ を with い た メ モ リ action performance や phase - change メ カ ニ ズ ム, そ し て polymorphic variations is changed to が の キ ャ ッ プ layer か ら by け る mechanical constraint の を by け る こ と が Ming ら か と な っ て い た. こ の mechanical constraint は, MnTe と キ ャ ッ プ layer と に between の じ る thermal expansion difference に origin す る hot 応 force で あ る と exam え ら れ る. そ こ で, MnTe film に じ る hot を 応 force - the さ せ る た め に, thermal expansion coefficient is の different な る material を キ ャ ッ に プ layer with い て, ウ ル ツ 鉱 type and NiAs type structure へ の dynamic を X-ray phase - change 挙 inflexion に よ り survey し た と こ ろ, キ ャ ッ プ layer に よ っ て phase - change の temperature が different な る こ と が points か っ た. The event be born に じ て い る hot 応 force line analytical を の う た め に, MnTe の thermal expansion coefficient of お よ び ヤ ン を グ rate determination し た. こ れ ら の results を い て, finite element method に よ り phase - change に お け る MnTe film の hot 応 force distribution を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た と こ ろ, in-plane 圧 shrinkage direction へ の hot 応 が potent き い ほ - ど phase transition temperature low が く な る こ と が Ming ら か と な っ た. こ の results は, 圧 応 が potent き い ほ ど NiAs type structure が stabilization す る こ と を shown し て お り, multiform - に volume variations change with う に origin し て い る と exam え ら れ る. <s:1> たがって, MnTe <s:1> crystalline structure <s:1> stability を応 force によ <e:1> control で によ る る とを とを practical evidence of とを た. こ の よ う な results は, substrate や electrode に い の る materials selected な ど, メ モ リ デ バ イ ス の design pointer に お い て important な だ け で は な く, ひ ず み (応 force) に よ を の り material physical properties - the さ せ る "ス ト レ イ ン ト ロ ニ ク ス (slanting み electronic engineering)" へ の expand も expect さ れ る results で あ る.

项目成果

省エネルギー動作に向けた相変化メモリ材料の研究開発

节能运行相变存储材料的研发

• 发表时间: 2020
• 作者: Bao;H. & Sugiyama;M.;森竣祐，安藤大輔，須藤祐司;須藤 祐司，畑山 祥吾，双 逸，森 竣祐
• 通讯作者: 須藤 祐司，畑山 祥吾，双 逸，森 竣祐

変位型相変化に伴うMnTe薄膜の電気的および光学的スイッチング

伴随位移型相变的 MnTe 薄膜的电光开关

• 发表时间: 2020
• 作者: Bao;H & Sugiyama;M.;森 竣祐，安藤 大輔，須藤 祐司
• 通讯作者: 森 竣祐，安藤 大輔，須藤 祐司

MnTe薄膜の変位型相転移

MnTe薄膜的位移相变

• 发表时间: 2020
• 作者: Bao;H. & Sugiyama;M.;森竣祐，安藤大輔，須藤祐司
• 通讯作者: 森竣祐，安藤大輔，須藤祐司

MnTe多形体薄膜の相変化

MnTe多晶型薄膜的相变

• 发表时间: 2019
• 作者: Bao;H & Sugiyama;M.;森 竣祐，安藤 大輔， 須藤 祐司
• 通讯作者: 森 竣祐，安藤 大輔， 須藤 祐司

Resistive switching in MnTe film

MnTe 薄膜中的电阻开关

• 发表时间: 2019
• 作者: Shunsuke Mori;Daisuke Ando;Yuji Sutou
• 通讯作者: Yuji Sutou