次世代超微細相変化メモリのコンタクト抵抗に関する研究

相変化メモリは、相変化材料が電極で挟まれた単純構造をしている事から、微細化に有利であるため、次世代の不揮発性メモリとして期待されている。そのデータの記録原理は、相変化材料が高抵抗のアモルファス相と低抵抗の結晶相に可逆的に変化する事で実現できる。相変化材料には、DVDやBlu-ray diskのような光ディスクに使われたGe2Sb2Te5 (GST)が用いられており、量産化が始まっている。その中で、最近、相変化メモリの抵抗比は、相変化材料の膜厚が十分薄くなると、接触抵抗に支配される事を明らかにしてきた。そこで本研究では、接触抵抗が支配的になるサイズの相変化メモリを実際に構築し、その動作特性を調査した。その際、相変化材料としてアモルファス相の熱的安定性の高いCu2GeTe3(CGT)、電極としてWを選択した。その結果、CGTが結晶相の際はオーミック特性、アモルファス相の際は整流性を示した。結晶CGTは縮退半導体に近く、金属的性質を持つことからオーミック性を示したと考えられる。一方、アモルファスCGTの整流性の原因は電極界面のショットキー障壁が寄与していると考えられる。従来のGST相変化メモリセルのI-V特性は整流性を示さなかったので、バイアスの方向に関する研究は殆ど見られなかった。しかしながら、新材料、とりわけCGTを用いた相変化メモリセルの動作特性は、そのバイアス方向を考慮して解析する必要がある。例えば、順方向に比べて、逆方向の抵抗は高くなるので、逆バイアスで抵抗を読み取る事で、相変化メモリの抵抗差を向上できる事が分かった。

相変化メモリは、相変化材料が電極で挟まれた単純構造をしている事から、微細化に有利であるため、次世代の不揮発性メモリとして期待されている。そのデータの記録原理は、相変化材料が高抵抗のアモルファス相と低抵抗の結晶相に可逆的に変化する事で実現できる。相変化材料には、DVDやBlu-ray diskのような光ディスクに使われたGe2Sb2Te5 (GST)が用いられており、量産化が始まっている。その中で、最近、相変化メモリの抵抗比は、相変化材料の膜厚が十分薄くなると、接触抵抗に支配される事を明らかにしてきた。そこで本研究では、接触抵抗が支配的になるサイズの相変化メモリを実際に構築し、その動作特性を調査した。その際、相変化材料としてアモルファス相の熱的安定性の高いCu2GeTe3(CGT)、電極としてWを選択した。その結果、CGTが結晶相の際はオーミック特性、アモルファス相の際は整流性を示した。結晶CGTは縮退半導体に近く、金属的性質を持つことからオーミック性を示したと考えられる。一方、アモルファスCGTの整流性の原因は電極界面のショットキー障壁が寄与していると考えられる。従来のGST相変化メモリセルのI-V特性は整流性を示さなかったので、バイアスの方向に関する研究は殆ど見られなかった。しかしながら、新材料、とりわけCGTを用いた相変化メモリセルの動作特性は、そのバイアス方向を考慮して解析する必要がある。例えば、順方向に比べて、逆方向の抵抗は高くなるので、逆バイアスで抵抗を読み取る事で、相変化メモリの抵抗差を向上できる事が分かった。