新型相変化メモリをTRAMとLEAPが命�@
LEAP（��低電圧デバイス�\術研�|組合）が2013 IEDM（International Electron Devices Meeting）で発表した新しい相変化メモリ(参考�@料1)は、TRAM（Topological switching RAM）と�@��けることが��まった。GeTe/Sb2Te3��格子の中のGeの�‘阿世韻把笘B�^と高�B�^をスイッチングする。このカルコゲン材料による��格子を、トポロジカル絶縁��と�饑��駘�学の世�cで�}んでいる。
図1 低いエネルギーでスイッチング出来る新型相変化メモリ 読み出し電圧は0.4〜0.5V��度 出�Z：��低電圧デバイス�\術研�|組合
この新型の相変化メモリTRAMは、書き換え�v数が1億�v以�屬販�化が少ない。しかも小さなエネルギーで高�]にスイッチングできる。��来の相変化メモリだと、�T晶とアモルファスを���，垢襪燭瓠��T晶を溶かすほど�j(lu┛)きなエネルギーが��要だった。しかし、このTRAMは��格子構�]の中のGe原子が�‘阿垢襪海箸砲茲辰胴磋B�^と低�B�^の�X��を作り出す。この二つの�X��を���，垢襪燭瓩離┘優襯�ーは小さくて済むうえに、�‘飴�間は�]い。すなわち高�]動作が可�Δ任△襦��‘阿垢襯┘優襯�ーが少ないということは、信頼性を高めることにもつながる。つまり�k石��鳥である。
図1は1トランジスタ+1�B�^の1ビットセルの図とTRAM動作を表している。��来の相変化メモリはGe2Sb2Te5の合金で出来ている点が�j(lu┛)きく違う。新型メモリは��格子構�]を維�eしている点が�j(lu┛)きく異なる。低電圧動作ができない場合は合金相が出来ており��格子構�]が崩れた�X��になっている。��格子構�]のTRAMは、書き換え電圧V(SET)とV(RESET)がそれぞれ1V、2Vと低い。読み出し電圧は0.4〜0.5V��度ともっと低い。
このほどLEAPは、TRAMの4ビットセルアレイを試作し、セル間�J渉について調べている(参考�@料2)。クロスポイントセルアレイとして、トランジスタではなく構�]が�~単なダイオードを��(li│n)�Iセルに��いた(図2)。セルを��(li│n)�Iする場合にはワード線（WL）をローレベル(接地)にして、ビット線（BL）に読み出し電圧をかける。��(li│n)�Iされたセルでは、ビット線から電流が流れ出し、�B�^が低いか高いかを検出する。このセルを順番に読み出すと図2のような��(li│n)�I動作を��(j┤)す。LEAPは、1トランジスタ+1�B�^のセルを��いたMビット級メモリも開発中だとしている。
図2 1ダイオード＋1�B�^の4ビットセル動作 出�Z：��低電圧デバイス�\術研�|組合
このTopological switching RAMは、Ge原子の配��により、電流が流れやすい��所(エッジ)と流れにくい��所(バルク)を発�據�消滅させることで、高�B�^と低�B�^の�X��を作り出すことから�@��けた。さらに、この��格子材料はトポロジカル絶縁��とも言われている。トポロジカル絶縁��とは、表�Cのみ電気伝導性を�eつ絶縁��のこと（参考�@料3）。��格子�T晶のバルクではk空間においてエネルギーバンドギャップが出来ているが、表�Cではバンドが閉じるディラックコーン（Dirac cone）が出来る。ディラックコーンとはk空間でのエネルギー形�Xが����形をしていることを�T味する。ここで、バンドが閉じるという�X��は、伝導帯の����の先と価電子帯の����の先がくっついたような構�]を�T味している。
トポロジカル絶縁��は、Feなどの磁性元素を��く含まないカルコゲン材料�Uの��格子であるのにもかかわらず、磁性を��(j┤)すという性��もある。磁場中ではSET電圧と電流の関係が、�j(lu┛)きくシフトし、磁気�B�^が200%も変わるという。同じ組成のカルコゲン材料の合金では磁場中でも��く変化しない。今後、トポロジカル絶縁��のデバイスへの応��は、新しい分野を切り��くことになりそうだ。
参考�@料
1. 少電流・高�]・1億�v書き換え可�Δ柄衒儔愁瓮皀蠅�LEAPが開発 (2013/12/12)
2. 高浦、「相変化材料を��いた��低電圧・不ｧ発性デバイス」、低炭素社会を実現する��低電圧デバイスプロジェクト成果報告会 (2014/01/23)
3. 富�P、「相変化材料におけるトポロジカル絶縁��の基礎研�|及びデバイス応��」、グリーン・ナノエレクトロニクスのコア�\術開発最終成果報告会、 (2013/12/17)
