抵抗変化メモリの知的材料設計

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）

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