大学院理工学府理工学基盤部門 後藤民浩教授の研究グループが、単体セレンによるしきい値スイッチデバイスを初めて実証し、電荷トリガースイッチ機構を明らかにしました
大学院理工学府理工学基盤部門の後藤民浩教授は、上海交通大学、中国科学院上海マイクロシステム・情報技術研究所、ケンブリッジ大学、アーヘン工科大学、中国科学院高等研究院の研究グループと共同で、三次元高密度メモリ技術の分野において画期的な進歩を達成しました。研究チームは、単体セレンによるしきい値スイッチ（OTS）デバイスを初めて実証し、OTSの電荷トリガースイッチメカニズムを解明するとともに、スイッチとメモリセルの三次元垂直統合を実現しました。この研究成果が、学術誌「Nature Materials」に掲載されました。
研究チームは、スイッチ特性を持たない元素を完全に除去する逆トレース法により、単体セレンを選択し、スイッチ特性を検証しました。アモルファスセレンOTSのリーク電流は4 pAと低く、オン/オフ比は1.5億、オン状態電流密度は21.2 MA/cm²に達し、オン/オフ速度は8 ns/20 nsと高速で、サイクル寿命は20億サイクルを超える性能を示しました（図1）。
図１
OTSメカニズムの解明のため、光励起光熱偏向分光法と電場を印加した第一原理計算により、アモルファスセレンのバンド構造を定量的に再構築しました。そして、電荷トリガースイッチモデルを提案し、OTS挙動の物理的本質を明らかにしました（図2）。
図２
高抵抗状態では、アモルファスセレンの広いバンドギャップ（2.08 eV）と高濃度の欠陥が相乗的に高エネルギー障壁を構築し、自由キャリアを効果的に捕捉して、リーク電流を抑制します。しきい値電圧に近づくと、欠陥準位の電子と正孔が完全に励起され自由キャリアになり、その後、アバランシェ増倍効果をともなって急速に低抵抗化します。この研究結果は、三次元高密度メモリを構築する要素技術として期待できます。
関連リンク
Nature Materials https://www.nature.com/articles/s41563-026-02499-5
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