単分子誘電体によるメモリ素子の開発および特性評価

使用单分子电介质的存储器件的开发和表征

基本信息

批准号：
22K14477
负责人：
藤林将
金额：
$ 3万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ＩｏＴやＡＩ産業の輝かしい発展の一方で、情報機器の消費電力量は爆発的に上昇すると予測されている。この点で、強誘電体は、低消費電力・高速応答の優れた特性を有し、次世代メモリとして注目されてきた。しかしながら、材料固有の微細化限界のため、高集積化に適さず主役の座を退いた。このような背景の中、我々は電場によって分子内のイオン移動を誘起することで、恰も強誘電体の様な分極ヒステリシスや自発分極を示す分子（以後、「単分子誘電体」と表記）の開発に成功した。この「単分子誘電体」は、一つ一つの分子がメモリとして駆動するため、従来の記録密度を超越した超高密度メモリの開発が期待される。実際、10 nmの「単分子誘電体」薄膜を実装したデバイスプロトタイプを作製したところ、室温で明確なメモリ特性を示した。そこで本研究では、単分子誘電体メモリの実用化を目指し、研究目標①：最適なメモリ特性を示す「単分子誘電体」の選定、研究目標②：実用化に適した材料への改良、を達成する。具体的には、横型トランジスタ構造に材料を成膜し特性評価に用い、材料の選定・改良を実施した。「単分子誘電体」をゲート絶縁膜とすることで、ゲート電圧印加による「単分子誘電体」の分極操作が可能となり、トランジスタのON/OFFが制御できる。実際に、「単分子誘電体」を実装したメモリ材料を作製したところ、ゲート電圧の僧院に対するドレイン電流の履歴現象であるメモリウィンドウが観測され、「単分子誘電体」が不揮発性メモリとして駆動することを明らかにした。加えて、メモリウィンドウ幅は数V以上に広がっており、

尽管物联网和人工智能行业正在开发出杰出的发展，但信息设备的功耗被预计会急剧上升。在这方面，铁电体具有低功耗和高速响应的出色特性，并吸引了作为下一代记忆的关注。但是，由于材料固有的细度极限，它不适合高集成，并辞去了主要角色。在这种情况下，我们通过使用电场在分子中诱导离子转移，成功地开发了分子（以下称为“单分子电介质”），这些分子显示出极化滞后和自发极化，类似于铁电的极化。由于每个分子都是作为内存驱动的，因此预计将开发超高密度的记忆，从而超越常规记录密度。实际上，当制造设备原型装有10 nm“单分子介电”薄膜时，它在室温下显示出清晰的记忆特性。因此，在这项研究中，我们的目标是将单分子介电记忆置于实际使用中，我们将实现研究目标1：选择具有最佳记忆特征的“单分子介电介质”，以及研究目标2：改进适合实际使用材料的材料。具体而言，材料沉积在水平晶体管结构上，并用于表征，并选择并改进了材料。通过使用“单分子介电”作为栅极绝缘膜，可以通过施加栅极电压来执行“单分子介电”的极化操作，从而使晶体管打开和关闭。实际上，当记忆材料被制造出具有“单分子介电”的记忆材料时，一个记忆窗口是栅极电压修道院的流动电流的历史现象，发现“单分子介电介质”被驱动为无挥发性记忆。另外，内存窗口宽度大于几个V，

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fabrication and Evaluation of Memory Properties of Lateral-type FET with Preyssler-type Polyoxometalates

Preyssler 型多金属氧酸盐横向型 FET 的制备和存储性能评估

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masaru Fujibayashi;Yuki Nakano;Chisato Kato;Yoshiteru Amemiya;Akinobu Teramoto;and Sadafumi Nisihara
通讯作者：
and Sadafumi Nisihara

単分子誘電体を実装した横型トランジスタの作製

安装有单分子介电材料的横向晶体管的制造

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
藤林将;中野佑紀;加藤智佐都;雨宮嘉照;寺本章伸;西原禎文
通讯作者：
西原禎文

Establishment of novel type of non-volatile memory devices with single-molecular electret

新型单分子驻极体非易失性存储器件的建立

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masaru Fujibayashi;Yuki Nakano;Chisato Kato;Yoshiteru Amemiya;Akinobu Teramoto;and Sadafumi Nishihara
通讯作者：
and Sadafumi Nishihara