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大阪大学新世紀レクチャー

抵抗変化メモリの知的材料設計

計算機マテリアルデザイン先端研究事例2

笠井 秀明岸 浩史

紙 版電子版

統計的相関,力学的相関のため,金属中の電子はその周りに正孔を伴って運動している.金属から真空中へ電子を取り出そうとすると,この正孔が抵抗する.仕事関数の主な原因である.それでも,電子を取り出してしまうと,正孔が取り残される.これと電子間に鏡像力が働く.金属と真空との境界近傍の一つの現象である.

  絶縁体の電子の運動は,どうか.価電子帯の電子は正孔を伴っているのでエネルギーが低いが,伝導体の電子の周りには正孔がないのでエネルギーが高くなる.この差がバンドギャップの主な原因である.このような絶縁体と金属との境界付近では,金属電子が絶縁体の価電子帯の正孔を遮蔽するので,バンドギャップを消失する.界面近傍で見られる金属・絶縁体転移である.
 
  このように,異なる物質の境界では,電子状態の多様性を見出すことができる.物質を構成する原子も境界近傍では,多様な振舞いを見せる.ここで取り上げる抵抗変化メモリでは,このような電子・原子の多様性をうまく利用しようとしている.

  本著では,計算機マテリアルデザイン(CMDR)による先端研究事例Ⅱとして,抵抗変化メモリの知的材料設計をとりあげ,絶縁体のバンドギャップの変化や異なる物質の境界(電極/遷移金属酸化物界面)における電子・原子の状態変化が,どのようにデバイスの動作に結び付くのかについて紹介する.読者の皆様には,電子・原子といった微細なスケールから物理現象を明らかにし,デバイスをデザインする面白さを実感して頂きたい.

(本書はじめにより)


出版年月2012年09月01日
ISBN978-4-87259-255-9 C3050
判型・頁数 A5判・78ページ
定価本体1,100円(税込1,210円)
在庫在庫あり
内容紹介
目 次
著者略歴

統計的相関,力学的相関のため,金属中の電子はその周りに正孔を伴って運動している.金属から真空中へ電子を取り出そうとすると,この正孔が抵抗する.仕事関数の主な原因である.それでも,電子を取り出してしまうと,正孔が取り残される.これと電子間に鏡像力が働く.金属と真空との境界近傍の一つの現象である.

  絶縁体の電子の運動は,どうか.価電子帯の電子は正孔を伴っているのでエネルギーが低いが,伝導体の電子の周りには正孔がないのでエネルギーが高くなる.この差がバンドギャップの主な原因である.このような絶縁体と金属との境界付近では,金属電子が絶縁体の価電子帯の正孔を遮蔽するので,バンドギャップを消失する.界面近傍で見られる金属・絶縁体転移である.
 
  このように,異なる物質の境界では,電子状態の多様性を見出すことができる.物質を構成する原子も境界近傍では,多様な振舞いを見せる.ここで取り上げる抵抗変化メモリでは,このような電子・原子の多様性をうまく利用しようとしている.

  本著では,計算機マテリアルデザイン(CMDR)による先端研究事例Ⅱとして,抵抗変化メモリの知的材料設計をとりあげ,絶縁体のバンドギャップの変化や異なる物質の境界(電極/遷移金属酸化物界面)における電子・原子の状態変化が,どのようにデバイスの動作に結び付くのかについて紹介する.読者の皆様には,電子・原子といった微細なスケールから物理現象を明らかにし,デバイスをデザインする面白さを実感して頂きたい.

(本書はじめにより)


1.序 論
1?1.計算機マテリアルデザイン
1?2.不揮発性メモリの発展
1?3.抵抗変化メモリの概要
1?4.抵抗変化メモリの課題

2.抵抗変化メモリの電子状態
2?1.緒 言
2?2.遷移金属酸化物の電子状態
2?3.電極の電子状態
2?4.電極/遷移金属酸化物界面の電子状態
2?5.結 論

3.抵抗変化メモリの動作原理の解明
3?1.緒 言
3?2.酸素欠損および電子トラップの役割
3?3.電極/遷移金属酸化物界面の抵抗変化

4.抵抗変化メモリのデザイン
4?1.緒 言
4?2.電極に用いる材料のデザイン
4?3.遷移金属酸化物材料のデザイン
4?4.動作原理の阻害要因の検討
4?5.結 論

5.総 括
5?1.抵抗変化メモリの動作原理と設計方法
5?2.シミュレーションによる知的設計

参考文献
付録 伝導パスの形成について
1.遷移金属内包カーボンナノチューブ
2.異種遷移金属酸化物薄膜
付録:参考文献
索 引






 

笠井 秀明(カサイ ヒデアキ)

大阪大学大学院工学研究科教授

岸 浩史(キシ ヒロフミ)

ダイハツ工業株式会社