300℃以上で動作する抵抗変化型メモリ素子を開発：アモルファス酸化ガリウムを利用

大阪大学の研究グループは、抵抗変化型メモリ素子の「メモリスタ」を、300℃以上の高温環境で動作させることに成功した。航空宇宙や耐放射線といった極限環境での利用が可能となる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

アモルファス構造により、3次元集積回路にも対応

　大阪大学の研究グループは2023年1月、抵抗変化型メモリ素子の「メモリスタ」を、300℃以上の高温環境で動作させることに成功したと発表した。アモルファス酸化ガリウム（a-GaO_x）を用いることで実現した。航空宇宙や耐放射線といった極限環境での利用が可能となる。

　一般的なプロセッサや半導体メモリは、数多くのシリコントランジスタで構成されている。微細加工技術の進展などにより、ICの高集積化や高性能化が進む。ただ、シリコン半導体の動作温度は、200℃以下に限られているという。このため、より高温で動作する素子の開発要求も高まっている。

　研究グループは、フィラメントを形成させずに酸素空孔イオンの分布を制御することで抵抗変化を引き起こす「非フィラメント型」の材料に注目した。今回の研究では、パルスレーザー蒸着法によってワイドギャップ半導体である「酸化ガリウム」を厚み数十ナノメートルの還元性アモルファス薄膜に生成し、白金上部電極と酸化インジウムスズ下部電極で挟んだ「キャパシター型メモリスタ」を作製した。

　作製した還元性a-GaO_xメモリスタの電流−電圧特性を計測したところ、上部電極に印加した正／負電圧に応じて出力電流が変化する「逆8の字形ヒステリシス特性」を示したことから、メモリ機能を有することが分かった。

還元性アモルファス酸化ガリウムの電流−電圧特性 出所：大阪大学

　これは、電子を供給して正に帯電した酸素空孔イオンが、負電圧を印加したことにより上部電極側へ引き寄せられて「低抵抗状態」となり、正電圧印加で同電極側から引き離されたときに「高抵抗状態」となる特性だという。しかも、滑らかに状態遷移しており、メモリスタが「非フィラメント型」であることを示している。非フィラメント型の特性は、600K（327℃）という高温下でも現れることを確認した。

　研究グループによれば、開発したa-GaO_xメモリスタは、高温下でも安定した特性を示すとともに、今回用いた酸化ガリウムはアモルファス構造であるため、3次元集積回路化にも適しているという。

　今回の研究成果は、大阪大学大学院基礎工学研究科の佐藤健人氏（当時博士前期課程）や林侑介助教、正岡直樹氏（博士前期課程）、藤平哲也准教授、酒井朗教授らによるものである。