新型相変化デバイスの TRAM の熱安定化指針を世界 確立
－デ タセンタ 省電力化 低 炭素化 期待－
屋大学 総長：濵 道成 工学研究科 計算理工学専攻 白石賢 教授 研究科量子工学専攻 洗 昌晃助教を中心 研究 プ 超低電力デバイ ス技術研究組合 理 長：河部本 章/以下 LEAP 略 の 低炭素社会を実 現 超低電圧デバイスプロ け 共 研究 い 最先端の計算 科学手法 第一原理計算 を用い 日本発の新型 あ Topological Switching RAM TRAM の基本構造 あ GeTe/Sb2Te3超格子構造の熱安定性の機構 を明 TRAMの高信頼化への指針を世界 確立 ま た
TRAM GeTe/Sb2Te3超格子材料を用いた新 従来の相変化デバイス
異 溶融を わ Ge原子の短範囲移動 抵抗変化 低電力 発現 将来 望 デバイス 本設計指針を適用 こ こ ま い高速 低消費電力 高信頼性 の特性を将来のデ タセンタ 用 無理
く付加 こ デ タセンタ の省電力化 貢献 低炭素社会の実現 資 こ 期待さ ま
低炭素社会を実現 超低電圧デバイスプロ 成22 度経済 産業省 産業技術研究開発業務委 成23 度 独立行政法人新 ネ
産業技術総合開発機構 NEDO 業務委 LEAP 実施 いま 本 研究 業務委 い 屋大学 ＬＥＡＰの共 実施 行わ た の
今回の技術の詳細 米国 ワイ 6 9日 開催さ 半導体デバイ ス プロセス関係の国際会議 2014 Symposia on VLSI Technology and
Circuits 発表 ま た
新型相変化デバイスの TRAM の熱安定化指針を確立
－デ タセンタ の省電力化 低炭素化に期待－
概要
古屋大学大学院 学研究科 計算理 学専攻白石 賢 教授 研究科量子 学 専攻洗 昌 助教 中心 研究 プ 超 電力 バ 技術研究組合 理
長 河部本 章/以 LEAP 略 炭素社会 実現 超 電 バ プ
註
け 古屋大学 LEAP 共 研究 い 最先端 計算科 学手法 第一原理計算 用い 日本発 新型 あ Topological Switching RAM TRAM 基本構造 あ GeTe/Sb2Te3超格子構造 熱安定性 機構 明
TRAM 高信 化へ 指針 世界 確立 た
本研究 爆発 予想さ ン 将来 ッ 満た
ン 省電力化 寄 酸素社会 資 こ 期待さ
註 炭素社会 実現 超 電 バ プ 成22 度経済
産業省 産業技術研究開発業務委 成23 度 独立行政法人新 産業技術総合開発機構 NEDO 業務委 LEAP 実施 い
ポ ン
TRAM 抵抗 高抵抗 抵抗 移 変わ 際 何 起こ い こ 全くわ い せ た 今回 古屋大学 プ 第一原理量子論 解
析 行うこ 高抵抗 抵抗 遷移 際 高い中
間 遷移状態 経 こ 世界 初 解明 た こ TRAM 高抵抗状 態 抵抗状態 熱的 極 安定 動作 こ 期待さ
背
ン ッ 及 IT技術 進化 生 た 大容量 多様 ビッ
注目 集 い 特 ビッ 効率良く 憶 利用 く
い ン ン 中心 国内
容量 2020 現 10倍 増大 予想さ こ
電力 高速処理能力 求 い そ た 今後 ン
い 特 集中 最 階層 い こ い
高速 電力 高信 特性 従来 ン 用 付加 こ
課題 い た
研究 内容
抵抗変化型 揮発 熱安定性 加熱 可逆的 抵抗変化 起こ 難 さ 評価さ 本開発 抵抗素子 用い評価 い 高品質
GeTe/Sb2Te3超格子 用いたTRAM 200 ℃ 加熱 抵抗値変化 起こ 難いこ 確認 た こ 対 従来 GeSbTe合金 用いた従来 相変 化 150℃付近 急激 抵抗変化 高抵抗状態 可逆的 抵抗状態 変 化 電荷注入機構 抵抗変化 促進さ TRAM 加熱 抵抗変化 促進
さ 従来 相変化 優 た熱特性 こ 判 た
古屋大学 プ TRAM 抵抗変化 起こ 過程 第一原理量子論 用い 原 子 解析 た そ 結果 示 う 高抵抗状態 中間 遷移状態
経 抵抗状態 遷移 2.52eV 活性化 存 こ 世界
初 明 た こ 活性化 値 TRAM 十分 熱安定性 い こ 示 非常 重要 研究成果 さ 本計算結果 LEAP 実験結果 く一致 い
成果 意義
TRAM 十分 熱安定性 こ ン い 特 集中
最 階層 TRAM 使用可能 あ こ 示 い こ
ン 省電力化 TRAM 適用 実現さ こ 意味 い
用語説明
超 電 バ 技術研究組合
Low-Power Electronics Association & Project (LEAP) 成22 5 21日設 立 現 組合員企業 株 荏原製作所 東京 ン 株 株 東芝 日 本電気 株 株 日立国際電気 株 日立製作所 富士通 株 富士通 コン
株 菱電機 株 サ ニ 株 理 長 富士通
株 河部本 章
ビッ ;
ン ッ 及 IT技術 進化 生 た こ 企業 扱
た以 大容量 多様 扱う新た 仕組 表 そ 特性
量 度 更新速度 多様性 種類 表さ 出展 日立製
作所
http://www.hitachi.co.jp/products/it/bigdata/column/column01.html
ン
等 企業等 極 大 貯 く施設 そこ た え 検索
ン ン等 集中 た 消費量 そ 量 増加
伴 爆発 こ 憂慮さ い
相変化
構造相転移 抵抗変化 利用 こ 結晶― フ 相転移
利用 た 主流 あ た
TRAM
構造相転移 く Ge原子 短範 移動 高抵抗 抵抗状態 実現 日本
初 開 発 た Ge 原 子 短 範 移 動 Topological-switching 考 え Topological-switching Random Access Memory (TRAM) 命 さ た
論文
1T- 1R Pillar-Type Topological-switching Random Access Memory (TRAM) and Data Retention of GeTe/Sb2Te3 Super-Lattice Films, 2014 Symposia on VLSI Technology and Circuits 2014 6 9日～13日 米国
抵抗値Ω
104 105 106 108
103 107
200 75
25
温 度(℃) 150
50 100 125 175
PRAM( 非晶質 - 結晶転移 )
TRAM( 結晶 - 結晶転移 )
抵抗値Ω
104 105 106 108
103 107
200 75
25
温 度(℃) 150
50 100 125 175
結晶 高抵抗
非晶質
HRS非晶質 LRS結晶
加熱
遷 移 状 態
高抵抗 低抵抗
(遷 移 状 態)
遷 移 状 態
電荷注入
抵抗変化 カニ 保持 温度依存性 TRAM PRAM 右 比較
TRAM け 原子 構造変化 そ 伴う活性化
高抵抗状態 低抵抗状態
Ge原子 の短範 囲移動
低抵抗 状態 高抵抗
状態
中間の 遷移状態
計算ステップ
活性化エネルギー(eV)
Sb2Te3 GeTeSb2Te3
