抵抗変化型不揮発性メモリ用NiO薄膜の構造および電気特性へのアニール効果

摘要

NiO thin films showing resistive switching characteristics have recently attracted extensive interest as one of the materials for ReRAM. Investigations on various dopant impurities in films as well as materials and structures of electrodes have been reported for improvement in resistance switching characteristics observed in NiO thin films. In this study, the rapid thermal annealing in O_2 and Ar atmospheres has been performed for as-deposited NiO/Pt on p-Si substrates. The annealing temperature has been varied form 400℃ to 1000℃. While the surface of NiO thin films remain almost unchanged at 600℃ or below, the surfaces are damaged and the grain size of NiO is increased at 800℃ or above. The as-deposited NiO thin films have compressive stresses in plane which are gradually decreased with annealing temperature, the stress relaxation of the films is induced at 600℃ or above. During annealing the crystallization of NiO occurs and the resistance of the films increases. Although the samples annealed at high temperature in Ar atmosphere exhibit no resistive switching, the films in the high-resistance state show a few ranges of resistances. This result indicates annealing process of NiO thin films has potential of multiple resistive switching.%抵抗スイッチング特性を有するニッケル酸化物(NiO）薄膜が，抵抗変化型不揮発性メモリ（ReRAM）用材料の一つとして近年大いに注目されている．NiO薄膜の抵抗スイッチング特性を改善すべく，薄膜へのドーピングや電極材料ならびに構造に関する研究が報告されている.本研究では，p型Si基板上に白金(Pt）電極とNiO薄膜を堆積した後，O_2と血雰囲気中でアニールを行った．アニール温度は400℃から1000℃である．NiO薄膜表面はアニール温度600℃まではほとんど変化しないが，800℃以上では次第に表面が荒れNiOの粒径が大きくなっていく様子が観察された.一方，堆積後のNiO薄膜は面内方向に圧縮ひずみを受けているが，アニールを行うことでひずみが緩和し，アニール温度600℃に達すると完全に格子緩和に至ることが確認された．また，アニールを行うことで，NiO薄膜の結晶化が進行し，抵抗値が増加する傾向にあることがわかった．特に血雰囲気中で高温アニールを行った試料では安定したスイッチング動作が得られていないが，高抵抗状態で複数の抵抗値を確認しており，NiO薄膜のアニールは多値化の可能性を秘めている．