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支援財団研究活動助成 生体超分子を利用利用した 3 次元メモリデバイスメモリデバイスの研究 奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科小原孝介

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生体超分子

生体超分子

生体超分子

生体超分子を

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利用

利用

利用した

した

した

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3

次元

次元

次元

次元メモリデバイス

メモリデバイス

メモリデバイス

メモリデバイスの

の研究

研究

研究

研究

奈良先端科学技術大学院大学

奈良先端科学技術大学院大学

奈良先端科学技術大学院大学

奈良先端科学技術大学院大学 

 

 

 

物質創成科学研究科

物質創成科学研究科

物質創成科学研究科

物質創成科学研究科

小原孝介

小原孝介

小原孝介

小原孝介

 

 

 

 

2009.3.10

支援財団研究活動助成

支援財団研究活動助成

支援財団研究活動助成

支援財団研究活動助成

(2)

研究背景

研究背景

研究背景

研究背景

データ

データ

データ

データの

の種類

種類

種類

種類

データ

データ

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の保存

保存

保存

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パソコン

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データ

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音楽

音楽

音楽

音楽

音楽

音楽

音楽

音楽

写真

写真

写真

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記録媒体

記録媒体

記録媒体

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フラッシュメモリ

フラッシュメモリ

フラッシュメモリ

フラッシュメモリ

動画

動画

動画

動画

SDカードカードカードカード ポータブルポータブルポータブルポータブル プレーヤー プレーヤープレーヤー プレーヤー USB メモリ メモリ メモリ メモリ フィルム フィルムフィルム フィルム カセットカセットカセットテープテープテープテープカセット フロッピーディスクディスクフロッピーフロッピーディスクディスクフロッピー 磁気磁気ディスク磁気磁気ディスクディスクディスク ビデオテープビデオテープビデオテープビデオテープ デジタルカメラ デジタルカメラデジタルカメラ デジタルカメラ SSD

(3)

Roadmap of Flash memory technology

研究背景

研究背景

研究背景

研究背景

0.1

0.001

C

e

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S

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(

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1

‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 ‘06 ‘07 ‘08 ‘09 ‘10 ‘11 ‘12

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256Mb

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512Mb

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1Gb

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2Gb

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4Gb

4Gb

8Gb

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16Gb

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Year

32Gb

32Gb

64Mb

64Mb

32Mb

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100 nm 100 nm Floating Gate Floating Gate Control

Gate WSiWSi

(4)

Engineering

Engineering

Semiconductor Technology

Based On

Moore’s Law

Biology

Biology

Biotechnology

生体超分子

生体超分子

生体超分子

生体超分子を

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ボトムアップ

ボトムアップ

ボトムアップ

ボトムアップ技術

技術

技術

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(5)

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1.

 

 

 

 均一性

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均一性

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2.

 

 

 

 溶液

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溶液

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プロセス

プロセス

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3.

 

 

 

 鉱物化

鉱物化

鉱物化

鉱物化

4.

 

 

 

 ナノ

ナノ

ナノ

ナノ構造形成能力

構造形成能力

構造形成能力

構造形成能力

5.

 

 

 

 特異的認識能力

特異的認識能力

特異的認識能力

特異的認識能力

6.

 

 

 

 自己組織化能力

自己組織化能力

自己組織化能力

自己組織化能力

1.

 

 

 

 均一性

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均一性

均一性

2.

 

 

 

 溶液

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溶液

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3.

 

 

 

 鉱物化

鉱物化

鉱物化

鉱物化

4.

 

 

 

 ナノ

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ナノ

ナノ構造形成能力

構造形成能力

構造形成能力

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特異的認識能力

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 自己組織化能力

自己組織化能力

自己組織化能力

自己組織化能力

特異的認識能力

特異的認識能力

特異的認識能力

特異的認識能力

自己組織化能力

自己組織化能力

自己組織化能力

自己組織化能力

Polypeptide DNA Protein supramolecule Bio nano block

生体超分子

生体超分子

生体超分子

(6)

高誘電率

高誘電率

高誘電率

高誘電率ゲート

ゲート

ゲート

ゲート酸化膜

酸化膜

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フローティングゲートメモリ

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ゲート

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酸化膜

酸化膜

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高誘電率材料

高誘電率材料

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(High-k)

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酸化膜

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2

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-5 0 5 10 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 Gate Voltage (V) D ra in C u rr en t (A ) -2 V ⇔⇔⇔⇔ 2 V -9 V ⇔⇔⇔⇔ 9 V Vd = 50 mV

論文投稿

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1

学会発表 :

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学会発表

学会発表

::

11

(

国内学会:

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8

件 国際学会

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3

)

ID-VG 特性特性特性特性 電荷保持特性 電荷保持特性電荷保持特性 電荷保持特性

高性能

高性能

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・・

高信頼性

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のメモリデバイス

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を実現

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φ φ φ φ 7 nm φ φφ φ 12 nm

フェリチン

フェリチン

フェリチン

フェリチン

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1 2 3 4 5 Re te ntio n Time (s ) T h re s h o ld v o lt a g e ( V ) Writing at + 7 V fo r 10 s Eras ing at - 7 V fo r 10 s Re ading at + 2.5 V 10 years

(7)

研究業績

研究業績

研究業績

研究業績

【【

【発表論文

発表論文

発表論文

発表論文】

】】

1

1) “Floating Gate Memory Based on Ferritin Nanodots with High-k Gate Dielectrics” K. Ohara et al: Jpn. J. Appl. Phys. (in press)

【【

【国際学会発表

国際学会発表

国際学会発表

国際学会発表】

】】

3

1) “Floating gate memory devices based on ferritin nanodots on high-k gate dielectrics” K. Ohara et al: The 2008 International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai ( 2008 IMFEDK ), Osaka University, March 2008

2) “Floating gate memory based on ferritin nanodots with high-k gate dielectrics” K. Ohara et al: 2008 International Conference on Solid State Devices and Materials ( SSDM 2008 ), Tsukuba International Congress Center, September 2008.

3) “Floating Gate Memory Based on Ferritin Nanodots with High-k Gate Dielectrics” K. Ohara et al: 2009 International Thin Film Transistor Conference ( ITC’ 09 )

(8)

【【

【国内学会発表

国内学会発表

国内学会発表

国内学会発表】

】】

8

1) 「「「「High-k膜膜膜膜をををを利用利用した利用利用したしたしたバイオバイオバイオバイオ系系系ドットフローティングゲートメモリ系ドットフローティングゲートメモリドットフローティングゲートメモリ」ドットフローティングゲートメモリ」」」 小原孝介 小原孝介 小原孝介 小原孝介   他 他他他 : 第第第第55回応用物理学会学術講演会回応用物理学会学術講演会回応用物理学会学術講演会回応用物理学会学術講演会, 日本大学日本大学日本大学日本大学, 2008年年年年3月月月月

研究業績

研究業績

研究業績

研究業績

2) 「「「「High-k膜膜膜膜ををを利用を利用利用利用したしたバイオしたしたバイオバイオ系バイオ系系系ドットドット型ドットドット型型フローティングゲートメモリ型フローティングゲートメモリフローティングゲートメモリフローティングゲートメモリ」」」」 小原孝介 小原孝介小原孝介 小原孝介   他 他他他: 電子情報通信学会電子情報通信学会電子情報通信学会電子情報通信学会SDM, 東京大学東京大学東京大学東京大学, 2008年年年年6月月月月 3) 「「「「High-k膜膜膜膜をを利用をを利用利用した利用したしたしたバイオナノドットフローティングゲートメモリバイオナノドットフローティングゲートメモリバイオナノドットフローティングゲートメモリバイオナノドットフローティングゲートメモリ」」」」 小原孝介 小原孝介 小原孝介 小原孝介  他  他他他: STARCフォーラムフォーラムフォーラムフォーラム/シンポジウムシンポジウムシンポジウムシンポジウム2008, パシフィコパシフィコ横浜パシフィコパシフィコ横浜横浜横浜, 2008年年年年7月月月月 4) 「「「「High-k膜膜膜膜ををを利用を利用利用利用したしたバイオしたしたバイオバイオ系バイオ系系系ナノドットナノドット型ナノドットナノドット型型フローティングゲートメモリ型フローティングゲートメモリフローティングゲートメモリフローティングゲートメモリ」」」」 小原孝介 小原孝介小原孝介 小原孝介   他 他他他: 第第第第69回応用物理学会学術講演会回応用物理学会学術講演会回応用物理学会学術講演会回応用物理学会学術講演会, 中部大学中部大学中部大学中部大学, 2008年年年年9月月月月 5) 「「「「High-k膜膜膜膜をををを利用利用利用した利用したバイオしたしたバイオバイオバイオ系系系ドット系ドット型ドットドット型型型フローティングゲートメモリフローティングゲートメモリフローティングゲートメモリ」フローティングゲートメモリ」」」 小原孝介 小原孝介 小原孝介 小原孝介  他  他他他: 薄膜材料デバイス薄膜材料薄膜材料薄膜材料デバイスデバイス研究会デバイス研究会研究会研究会, ならならならなら100年会館年会館年会館年会館, 2008年年年年10月月月月

3

(9)

Pt

Ti

TBF

Bio-LBL

法による

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積層

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積層ナノドット

ナノドット

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バイオミネラル

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TBF (Titane Binding Ferritin)

Ti, Ag, SiO

2

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(10)

システムオンパネル

システムオンパネル

システムオンパネル

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CPU     ROM     RAM     Wireless Interface     Pen Input    

プラスチック

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( 200

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プラスチック プラスチックプラスチック プラスチック基板基板基板基板

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生体超分子

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半導体

半導体

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デバイスプロセス

デバイスプロセス

デバイスプロセス

(11)

タンパク

タンパク

タンパク

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半導体

半導体

半導体デバイスプロセス

デバイスプロセス

デバイスプロセス

デバイスプロセス

半導体微細化技術 半導体微細化技術半導体微細化技術 半導体微細化技術 ・ ・・ ・フォトリソグラフィーフォトリソグラフィーフォトリソグラフィーフォトリソグラフィー ・ ・・ ・エッチングエッチングエッチングエッチング バイオテクノロジー バイオテクノロジーバイオテクノロジー バイオテクノロジー フェリチン フェリチンフェリチン フェリチン TMV (タバコモザイクウィルスタバコモザイクウィルスタバコモザイクウィルスタバコモザイクウィルス) トップダウンプロセス トップダウンプロセストップダウンプロセス トップダウンプロセス と とと とボトムアッププロセボトムアッププロセボトムアッププロセボトムアッププロセ ス スス スのののの融合融合融合融合 無機材料認識能力 無機材料認識能力 無機材料認識能力 無機材料認識能力 制御 制御 制御 制御されたされたされたされた自己組織化能力自己組織化能力自己組織化能力自己組織化能力 フローティングゲー フローティングゲーフローティングゲー フローティングゲー トメモリ トメモリトメモリ トメモリ Si結晶化結晶化結晶化結晶化

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デバイス

デバイス

デバイスの

の実現

実現

実現

実現

etc…

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答 200dpi 以上の解像度及び赤・緑・青それぞれ 256 階調 (注) 以上で JIS X6933 又は ISO

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