アルミ酸化膜で不揮発性メモリー―実現へ動作メカニズム解明：日本原子力研究開発機構/高エネルギー加速器研究機構
(2019年11月14日発表)
（国）日本原子力研究開発機構と高エネルギー加速器研究機構（KEK）は11月14日、コンピューターを大幅に省電力化できる不揮発性メモリーがアルミ酸化膜を用いて実現できることを確認したと発表した。半導体メモリーの新しい動作メカニズムを説明する電子状態の変化を世界で初めて確認したもので、今までにない動作原理を用いた電子素子材料の開発に道をひらくと期待している。
コンピューターの主記憶装置に広く使われている半導体メモリー「DRAM（ディーラム）」は、電源が切れると記憶した情報が消失してしまうため揮発性メモリーと呼ばれる。IT化の進展で膨らみ続けるコンピューターの消費電力を削減するには、電力をかけ続けなくても記憶した情報が消えない不揮発性メモリーの開発が必要とされている。
そこで研究グループは、原子が結晶のように規則正しい配列を持たないアモルファスアルミ酸化物に注目。理論計算をもとにこの材料を使うことで不揮発性メモリーの実現が可能になるという仮説「酸素空孔モデル」を提唱した。今回、高エネ研の放射光実験施設を利用してアモルファスアルミ酸化物の内部で起きる電子分布の変化などを詳しく調べ、仮説の検証を試みた。
その結果、アモルファスアルミ酸化物を不揮発性メモリーとして利用する場合、メモリーがオン状態では酸素原子周辺の電子分布は変化するものの、アルミニウム原子周辺の電子分布はオン・オフ状態でほとんど変化しないことが分かった。この結果は、酸素原子が抜けた孔（空孔）に電子が出入りすることによってメモリー動作が可能になるという、研究グループが提唱した仮説の内容と一致したという。
今回の成果について、研究グループは「酸素空孔の電子の出入りの原理を応用した新規電子素子材料の開発が期待される」と話している。また、アモルファスアルミ酸化物が希少元素や有害元素を含まない低環境負荷材料であるため、耐久性の高い不揮発性メモリーの材料として有望とみている。
