Pt/SiO_x/TiNダイオード構造の化学構造分析と電気抵抗スイッチング特性評価(ゲート絶縁薄膜,容量膜,機能膜及びメモリ技術)

概要

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TiN上にRFスパッタ形成したSiリッチ酸化膜(SiO_x)の化学結合状態をX線光電子分光法(XPS)により評価し、Pt上部電極を形成したMIM非対称構造の抵抗変化特性を調べた。SiO_x膜堆積直後において、SiO_x/TiN界面に厚さ〜5nmのTiONが形成されることがXPS分析により明らかになった。また、ダイオード構造において、初期正電圧掃引時に〜2V近傍で電流値がコンプライアンス電流値まで急激に上昇するフォーミングが生じ、その後の正・負電圧交互掃引において、電流コンプライアンスを必要としないバイポーラ型のスイッチング動作が認められた。SiO_x/TiN界面に形成されたTiONの比誘電率を考慮すると、TiON層が電流制御層として機能したと考えられる。また、負電圧でフォーミングを起こした場合、同様に抵抗変化動作が認められるものの、正電圧フォーミングに比べ抵抗変化動作が低電圧で生じることが分かった。この結果は、TiNおよびPt電極の仕事関数差によって生じる電位差に加えて、上部Pt/SiO_x界面に比べて、下部TiN/SiO_x界面において、酸化・還元反応が容易に起こることで低電圧動作が実現されたと解釈できる。
2012-06-14