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金属/絶縁体/金属積層膜中のパルス電界蒸発による金属量子細線・成長制御の研究

金属/绝缘体/金属叠层薄膜脉冲电场蒸发金属量子线生长控制研究

基本信息

批准号：
05750593
负责人：
石黒孝
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750593/
关键词：
金属絶縁体積層膜電界蒸発断面電顕観察

项目摘要

金属/絶縁体/金属積層膜において絶縁体の膜厚が数nm〜数十nmの超薄膜の場合、上下金属膜間に数Vの電圧を印加すると金属の絶縁体膜中への電界蒸発が起こる。この現象を電気抵抗変化によって確認し、その実態を断面電顕観察を行った。si(100)を基板とし、rfスパッタ装置において異なる大きなマスクを用いてCo、Mg0(7〜40nm)、そして上部金属(直径3mm)としてCo、M、Auをそれぞれ成膜した。配線接続にはInGa液体合金を用いた。初期抵抗測定は±0.1Vの電圧印加にて行なった。Auの場合は始めから導通状態(〜0.5OMEGA)であり、Co、Wの場合は数十kOMEGA〜数百OMEGAの範囲に分布した。これらの積層膜にパルス状、ランプ状の電圧を印加すると1V程度のしきい値以上で電気抵抗は0.5OMEGA程度まで不可逆に低下した。この初期抵抗のばらつきの原因を調べるためにX線回析によりMgO層部分だけからの回析強度を分離したところ電圧印加前に既に下層CoがMgO膜中に存在することが分かった。これは断面高分解能電顕観察によっても裏付けられた。また電圧印加後の断面高分解能電顕観察では上層WがMgO膜中に存在することが確認され、明視野像中には上下金属間をつなぐ黒いコントラスト(量子細線)も確認された。本研究により金属/絶縁体/金属積層膜においては成膜時に既に金属元素がMgO膜中に混入(拡散)し、その程度は元素に依存すること、また電界印加によって上部金属はさらにMgO膜中に侵入し量子細線の形態をとることが明らかとなった。

In the case of ultra-thin film with thickness of several nm to several tens nm in metal/insulator/metal multilayer film, the voltage of several V between upper and lower metal films increases, and the electric field evaporation in metal insulator film increases. The phenomenon of electrical resistance is confirmed, and the state of electrical resistance is observed. Si(100) on the substrate, rf, etc., the device is different in size, with Co, Mg0 (7 ~ 40nm), Co, M, Au on the upper metal (diameter 3mm), etc. InGa liquid alloy is used in wiring connection. The initial resistance measurement is ±0.1V and the voltage is measured. In the case of Au, the conduction state (~ 0.5OMEGA) is the initial state, and in the case of Co, W, the conduction state is the range of tens of kOMEGA ~ hundreds of OMEGA. The voltage of the multilayer film is 1 V or more, the resistance is 0.5 OMEGA or more, and the resistance is irreversible. The reason for this initial resistance is that the MgO layer is partially separated from the MgO layer by X-ray analysis, and the MgO layer is partially separated from the MgO layer by X-ray analysis. The high resolution electric field is detected by the electric field detector. After the voltage is applied, the high resolution energy of the cross section is detected, and the existence of the upper layer W in the MgO film is confirmed. In the bright field image, the upper and lower metal layers are separated. In this study, metal/insulator/metal multilayer films were formed by mixing metal elements into MgO films, and the degree of element dependence was determined.