シリコン量子ドット中のクーロンブロッケードを利用したメモリデバイス

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次世代の不揮発性メモリとして期待されているシリコン微結晶(量子ドット)を用いたメモリの性能を飛躍的に向上させることを目的に、シリコン量子ドットの形成メカニズムを詳細に調べ、サイズが均一なナノスケールシリコンドットを制御性よく形成するために研究を進めている。本メモリデバイスでは、ゲート電極に電圧を印加するとシリコン量子ドットに電子が注入され、シリコンドットがメモリの記憶ノードとして働く。本年度は、減圧化学気相成長法により形成した直径約8nmのシリコン量子ドットを有するシリコン微結晶メモリを実際に作製し、その特性の評価を行った。極めてチャネル幅の細いナノスケールMOSFETに本メモリ構造を適用し、そのサイズ依存性を詳細に評価した結果、チャネル幅が細くゲート長が短いほどメモリの特性が向上することから、本メモリ構造は良好なスケーラビリティを有するという極めて重要な結論を得た。また、チャネル幅が5nm以下という極めて細いシリコン微結晶メモリでは、データの保持時間が極めて長くなることを実験的に示した。この結果は、チャネル中のキャリアの量子閉じ込め効果により説明できる。以上の結果から、ナノスケールのチャネルを有するシリコン微結晶メモリは、将来の不揮発性メモリとして有望なメモリ構造であることを明らかにした。