東京工業大学の清水荘雄特任准教授、同大の舟窪浩教授、東北大学の今野豊彦教授らの研究グループは安定した品質で強誘電体の極薄膜を作製することに成功しました。強誘電体は現在スマートフォンなどに使われるメモリーにとって代わる高性能新メモリーの材料として注目されています。

 実現するためには極薄膜の作製が不可欠ですが、膜を薄くしていくと劣化してしまうという課題がありました。メモリーは電圧をかけることで状態が変化し、電圧をオフにしてもその状態が維持される物質によって情報を保持しています。強誘電体は電圧をかけると物質内のイオンの分布に偏りが生じることでこれを実現します。従来のメモリーと比べて高性能かつ低消費電力を実現することができるとされています。一方で課題も残されており、特に安定した品質の薄い膜状の結晶を作製することが不可欠です。

 注目したのは酸化ハフニウムという強誘電体で、サイズが小さくなるほど特性が良くなる逆サイズ効果という特徴を持っています。一方で安定した結晶の作製が難しいことがネックになっていました。研究グループではまず結晶内に含まれる元素の組成を再検討しました。さらに結晶を成長させる土台の構造を工夫することで、15nm(100万分の15ミリメートル)の厚さで安定した品質の結晶を作製することに成功しました。

 この強誘電体薄膜を使えば従来のメモリーより大容量化、低消費電力化、高速化されたメモリーが実現できるといいます。スマートフォンやノートパソコンなどに実装されれば私たちも直接恩恵を受けることができるでしょう。また逆サイズ効果はまだその仕組みが分かっておらず、今回作成した結晶がその解明の手掛かりになるかもしれません。もし解明できれば新物質の開発がさらに加速していく事でしょう。

出典:【東北大学】強誘電体の極薄単結晶膜を世界で初めて作製―超高密度新規メモリーで長時間使えるスマホ実現に道―

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