MnTe多形変態のひずみ制御およびそのストレイントロニクスデバイスへの展開

MnTeは室温安定相のα相、高温相のβ相をもつ多形体であり、これら結晶間の多形変態に伴い、電気抵抗や光学バンドギャップの大きい変化を示す相変化材料である。我々研究グループは、コスパッタリング法により成膜したMnTe薄膜の多形変態を用いることで高速かつ省エネな不揮発性メモリ動作が可能であることを見出した。一方で、MnTeを含むこれまでの相変化メモリ（PCRAM）では、ジュール熱により単に0と1の二値を操るメモリであったが、膨大に増え続けるデータ量やAI技術の発展により、より高性能・高機能なメモリの開発が期待されており、スピントロニクスやストレイントロニクスといった新分野の研究が世界中で活発になっている。本研究では、多段階的に抵抗値を変化できれば多値記録メモリによる大容量化が可能となる。本研究では、MnTeの多形変態に熱応力が密接に関係していることから、外部応力による多段階的な物性変化の可能性に注目した。しかし、MnTe薄膜の変態温度は450℃以上と高温であり、応力による物性変化を実現するには変態温度の低下が求められる。そこで、成膜したままの薄膜の相安定性に注目し、第三元素（Cr）を添加することで相安定性を制御した結果、多形変態温度を低下させることに成功した。さらに、特定組成領域におけるCr-Mn-Te三元系薄膜は二元系MnTe薄膜より多段階的な電気抵抗の温度依存性を示すことがわかった。この段階的な変化は当初目的であった多値記録への可能性が示唆される。現在、Cr-Mn-Teデバイスを作製してメモリ動作を評価し、不揮発性メモリ動作を示すことを実証しており、続いてジュール熱や、ひずみ制御による多値記録の可能性を試みる方針である。また、これらの結果は国内学会や国際会議にて成果発表を行った。

MnTeは室温安定相のα相、高温相のβ相をもつ多形体であり、これら結晶間の多形変態に伴い、電気抵抗や光学バンドギャップの大きい変化を示す相変化材料である。我々研究グループは、コスパッタリング法により成膜したMnTe薄膜の多形変態を用いることで高速かつ省エネな不揮発性メモリ動作が可能であることを見出した。一方で、MnTeを含むこれまでの相変化メモリ（PCRAM）では、ジュール熱により単に0と1の二値を操るメモリであったが、膨大に増え続けるデータ量やAI技術の発展により、より高性能・高機能なメモリの開発が期待されており、スピントロニクスやストレイントロニクスといった新分野の研究が世界中で活発になっている。本研究では、多段階的に抵抗値を変化できれば多値記録メモリによる大容量化が可能となる。本研究では、MnTeの多形変態に熱応力が密接に関係していることから、外部応力による多段階的な物性変化の可能性に注目した。しかし、MnTe薄膜の変態温度は450℃以上と高温であり、応力による物性変化を実現するには変態温度の低下が求められる。そこで、成膜したままの薄膜の相安定性に注目し、第三元素（Cr）を添加することで相安定性を制御した結果、多形変態温度を低下させることに成功した。さらに、特定組成領域におけるCr-Mn-Te三元系薄膜は二元系MnTe薄膜より多段階的な電気抵抗の温度依存性を示すことがわかった。この段階的な変化は当初目的であった多値記録への可能性が示唆される。現在、Cr-Mn-Teデバイスを作製してメモリ動作を評価し、不揮発性メモリ動作を示すことを実証しており、続いてジュール熱や、ひずみ制御による多値記録の可能性を試みる方針である。また、これらの結果は国内学会や国際会議にて成果発表を行った。