窒化物の高速相変化現象とそのメモリデバイスへの展開

ＡＩ、ＩｏＴ、ｂｅｙｏｎｄ　５Ｇの発展により、ネットワークを流通するデータトラフィック量は飛躍的に増加しており、それを支える不揮発性メモリ（ＮＶＭ）の高速化や大容量化が強く望まれている。現在主流のＮＶＭ：フラッシュメモリが微細化の限界を迎えている中、より大幅に高速化かつ省電力化が可能な次世代ＮＶＭ：相変化メモリ（ＰＣＲＡＭ）が注目されている。Ｇｅ－Ｓｂ－Ｔｅ（ＧＳＴ）系ＰＣＭが実用材に使われており、Ｉｎｔｅｌ／Ｍｉｃｒｏｎ社がＰＣＲＡＭを原理としたＳＳＤを製品化し、従来ＳＳＤよりも高速動作かつ長期耐久性を実現している。しかし、ＧＳＴでは情報記録にアモルファス相状態を用いるため、幾つかの課題を抱えている。まず、ＧＳＴアモルファス相の結晶化温度Ｔｘ（～１６０℃）が低いため、①自動車分野など高温環境下で使用できない、②メモリ素子アレイ構造が更に微細化するとメモリ素子間の熱クロストークが顕在化する、といったように耐熱性に課題を残している。また、アモルファス化のため材料を融解しなければならず、大きなジュール熱エネルギーが必要であり、動作エネルギーがどうしても高くなってしまうという本質的な課題を持つ。最後に、含まれるＴｅ元素は必ずしも環境に優しいものではない。それ故、究極的には、アモルファス相を介さず、かつシンプルな組成であり、環境にも優しい相変化型グリーンメモリ材料の創成が期待されている。本研究では、世界に先駆けて、アモルファス相を介さず大きな電気抵抗変化を示す窒化物系ＰＣＭ：ＣｒＮを提案し、その相変化メカニズム、動作性能を究明し、ＣｒＮ－ＰＣＲＡＭの実現を目指す。ＣｒＮ系メモリの相変化メカニズムを解明することで、従来のカルコゲナイドを主役とする相変化材料の枠を大きく拡大する窒化物系相変化材料群の創成が期待できる。

ＡＩ、ＩｏＴ、ｂｅｙｏｎｄ　５Ｇの発展により、ネットワークを流通するデータトラフィック量は飛躍的に増加しており、それを支える不揮発性メモリ（ＮＶＭ）の高速化や大容量化が強く望まれている。現在主流のＮＶＭ：フラッシュメモリが微細化の限界を迎えている中、より大幅に高速化かつ省電力化が可能な次世代ＮＶＭ：相変化メモリ（ＰＣＲＡＭ）が注目されている。Ｇｅ－Ｓｂ－Ｔｅ（ＧＳＴ）系ＰＣＭが実用材に使われており、Ｉｎｔｅｌ／Ｍｉｃｒｏｎ社がＰＣＲＡＭを原理としたＳＳＤを製品化し、従来ＳＳＤよりも高速動作かつ長期耐久性を実現している。しかし、ＧＳＴでは情報記録にアモルファス相状態を用いるため、幾つかの課題を抱えている。まず、ＧＳＴアモルファス相の結晶化温度Ｔｘ（～１６０℃）が低いため、①自動車分野など高温環境下で使用できない、②メモリ素子アレイ構造が更に微細化するとメモリ素子間の熱クロストークが顕在化する、といったように耐熱性に課題を残している。また、アモルファス化のため材料を融解しなければならず、大きなジュール熱エネルギーが必要であり、動作エネルギーがどうしても高くなってしまうという本質的な課題を持つ。最後に、含まれるＴｅ元素は必ずしも環境に優しいものではない。それ故、究極的には、アモルファス相を介さず、かつシンプルな組成であり、環境にも優しい相変化型グリーンメモリ材料の創成が期待されている。本研究では、世界に先駆けて、アモルファス相を介さず大きな電気抵抗変化を示す窒化物系ＰＣＭ：ＣｒＮを提案し、その相変化メカニズム、動作性能を究明し、ＣｒＮ－ＰＣＲＡＭの実現を目指す。ＣｒＮ系メモリの相変化メカニズムを解明することで、従来のカルコゲナイドを主役とする相変化材料の枠を大きく拡大する窒化物系相変化材料群の創成が期待できる。