抵抗変化メモリ（ReRAM）における導電性パス生成機構の検討～第一原理分子動力学法を用いたNiOの様々な面方位の表面状態解析

摘要

抵抗変化メモリ（ReRAM）の実用化において，遷移金属酸化物（TMO）内に生成される導電性パスの物性解明が必須である．導電性パスの直接的な物性調査は困難であるため，第一原理計算を用いた導電性パスの物性予測が盛んに行われている．しかし，実際のReRAM素子の大半が多結晶薄膜で構成される一方，第一原理計算ではバルク単結晶が計算モデルとして採用されることが殆どであり，多結晶薄膜の粒界における導電性パス生成機構の検討が不十分である．本論文では，NiOの様々な面方位に対する第一原理計算による表面エネルギー評価と実験観察に基づいて，導電性パスの生成機構を検討する．NiO多結晶薄膜の粒界を構成する面として（1-10）面および（11-2）面が支配的と考え，これらの表面電子状態を解析したところ，いずれの表面もバルクのバンドギャップを保てず，導電性を持ちやすいことが分かった．このことがNiO多結晶薄膜-ReRAMにおける導電性パスの生成電圧を他のTMO多結晶薄膜-ReRAMと比べて低くしていると考えられる．