リサーチハイライト

より効率的な不揮発性メモリ（NVM）デバイスの実現に向けて、相変化材料（PCM）が注目されている。PCMを用いた相変化メモリデバイス（PCRAM）は他のNVM技術と比較して、速度、耐久性、微細化の面で優れた性能を発揮する可能性が高いからだ。

従来のPCRAMは高コストでエネルギー消費量も大きいため、主に高性能コンピューティング、ニッチ市場、実験的技術にしか採用されていなかった。一方、その独自の特性を活かし、より高速で効率的なデータストレージが実現されてきた。 AIMRの双逸助教は、「メモリデバイスへのPCMの応用において、『リセット』プロセスの消費エネルギーが課題の1つとなっています。このプロセスでは、結晶相PCMを溶融急冷してアモルファス相に変化させるために、大量のジュール熱が必要です」と、説明する。

2024年、双助教、須藤教授らの研究チームは、PCMの候補材料として、窒素ドープCr₂Ge₂Te₆（NCrGT）の特性を調べた。その結果、NCrGTでは、メモリデバイスのアモルファス相化（リセットプロセス）に必要なエネルギーを大幅に削減できることを明らかにした¹。

研究チームは、高度な接触抵抗測定、電子顕微鏡技術、分光技術を組み合わせ、電極界面付近の非常に限定された領域のみが相変化（アモルファス相/結晶相変化）していることを発見した。また、メモリセルにおけるこの微小な相変化が、接触抵抗が支配的な伝導プロセスに起因することを明らかにした。

「私たちが開発した接触抵抗PCMでは、PCMのバルク特性に依存せず、相変化領域を微細化することができます。また、従来のバルク抵抗を利用したPCMと比較して、リセットプロセスに必要なエネルギーを90%削減することが可能です」と、双助教は語る。

研究チームは現在、窒化物PCMなど、溶融せずに結晶/結晶相転移が可能な物質を対象とし、よりエネルギー効率の高いPCMを探索している²。

（原著者：Patrick Han）