東京工業大学と東京大学の共同研究グループは、全固体リチウム電池を応用して、超低消費エネルギーと多値記録を特徴とするメモリ素子の開発に成功した。

 情報化社会の急速な進展、コンピュータの利用拡大とともに、エネルギー消費量は増大し続けており、半導体素子の消費エネルギー低減が喫緊の課題となっている。

 本グループは、全固体リチウム電池の構造と動作メカニズムに注目し、情報を電圧として記憶する低消費エネルギーの電圧記録型メモリ素子を着想した。この素子は、電池における充電状態と放電状態をメモリの“0”と“1”に対応させるもので、電池容量が小さいほど消費エネルギーが小さくなり、優れたメモリ素子となる。

 正極材料にニッケルを選び、全固体リチウムと類似した薄膜積層構造のメモリ素子を作製した。その結果、ニッケル電極上に極薄の酸化ニッケルが自発的に形成し、非常に容量が小さい全固体リチウム電池、すなわちメモリ素子として動作することが確認された。

 メモリ動作に要した消費エネルギーは、現行のパソコンに使用されているDRAM(Dynamic Random Access Memor)の50分の1程度と算出され、超低消費エネルギー動作を達成した。また、このメモリは3つの異なる電圧状態(低電圧、中電圧、高電圧)を記憶できる3値記録メモリとしての動作を実現していることもわかった。これらは、酸化ニッケル膜とリチウムイオンの間で発生する多段階反応に起因することも確認した。

 消費エネルギーの低減と、記録の高密度化に繋がる多値記録化は、省エネルギーコンピューティングの鍵であり、今回の成果は、そうした特性をそなえたメモリ素子の実用化に向けた大きな一歩となると期待される。

論文情報:【ACS Applied Materials and Interfaces】Low energy consumption three-valued memory device inspired by solid-state batteries

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