電流印加によるナノカーボンの構造変化と抵抗変化の関係解明

阐明当前应用引起的纳米碳结构变化与电阻变化之间的关系

• 批准号: 22K04222
• 负责人: 上野 和良
• 金额: $ 2.16万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04222/
• 关键词: ナノカーボン; 結合状態変化; 抵抗変化; ダイヤモンド結合; グラファイト結合; 電流印加; 抵抗変化型メモリ; ラマン分光; 電流作用; 構造変化

電流による物質の物性変化は、電流による抵抗変化を用いた抵抗変化型メモリ（ReRAM）などに応用されている。炭素膜を抵抗変化層に用いたReRAMでは、絶縁性のダイヤモンドを構成するsp3結合の炭素と、導電性のグラファイトを構成するsp2結合の炭素の割合が変化することで抵抗変化が生じると考えられているが、電流によるsp3－sp2構造変化が生じるかどうかを直接的に観察した例はあまり報告されていない。本研究では、電流による構造変化の直接観察を行うために、試料作製や観察の方法を検討する。初年度の2022年度は、2種類の試料作製方法を検討した。第1の方法では1㎝×3cmにカットした酸化膜付きSi基板上に非晶質炭素（a-C)膜と銅（Cu）の積層膜を堆積し、試料の両端に電極膜をつけて、電流を面内方向に流すようにした。第2の方法では、観察する抵抗変化の場所が特定しやすいように、フォトリソグラフィーによるパターニングと、斜め蒸着によるシャドー効果により形成したナノギャップ間にa-C膜を形成し、局所的に面内方向の電流を流す試料を作製した。試作の結果、150nmのギャップが形成できた。また第1の方法で作製した試料に7A以上の電流を流した時に、Cu膜に破断が生じ、破断箇所近傍のa-C膜の構造を、X線光電子分光（XPS）とラマン分光で分析した。その結果、電流印加後にa-C中のsp2結合が増加していることがわかった。この結果は、a-Cの構造変化がXPSやラマン分光により観察できることと、電流印加に伴う構造変化の可能性を示している。ただし第1の方法の試料では、電流が主に低抵抗のCu層を流れていると考えられ、熱により生じた変化の可能性もあるため、a-C中の電流による構造変化と特定することはできない。第2のナノギャップ試料では、a-C層のみに局所的に電流を印加できるため、電流効果の特定が今後期待できる。

The resistance of the material to current is changed. The resistance to current is changed. The resistance is changed. Carbon film resistance layer for the use of ReRAM, insulation, structure, sp3-sp2 combination of carbon, conductivity, structure, resistance to change, test, current, sp3-sp2 structure change, direct observation, example, report This research aims to conduct direct observation of structural changes in current flow, as well as to discuss methods for sample preparation and observation. In the first year of 2022, two kinds of sample preparation methods were discussed. In the first method, an amorphous carbon (a-C) film and a copper (Cu) multilayer film are deposited on a Si substrate, an electrode film is deposited at the end of the sample, and a current flows in the in-plane direction. The second method is to observe the resistance to change in the location of the specific, smooth, smooth Test results, 150nm and the formation of a. In the first method, the current flow of more than 7 A in the sample was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). As a result, the current is increased after the sp2 in the a-C. The results show that the structural transformation of a-C is possible due to XPS and spectroscopic observation. The first method is to test the possibility of current generation in the Cu layer with low resistance and to test the structure of current generation in the Cu layer. The second layer of the sample is the a-C layer. The current in the a-C layer is expected to be specific.