Mottスイッチを�W��する不ｧ発性CeRAMセル動作を確認したSymetrix
Mott���，扉}ばれる、金�錣叛箟���との変化を�W��したメモリであるCeRAM（参考�@料1）のデバイス研�|が�k歩進んだ。このメモリは、���ゞ����┣��颪���性を�擇�し、高�B�^か低�B�^かの�X��を作り出し、1と0に�官�させている。300mmウェーハ�屬縫瓮皀螢札襪鮑遒蟒个�、その動作を確認した。
図1 CeRAM開発の�櫂灰蹈薀表j学電気・コンピュータ学�雍笈b兼Symetrix社のエグゼクティブ会長のCarlos A. Paz de Araujo��（左）と高��工科�j学�@誉教�bで元松下電子工業の加納剛����（��） 出�Z：Araujo教�bより拝�p
先月��に開��された「KIT/Symetrix International Symposium」（主��：�B都工芸繊維�j学）において、CeRAM（Correlated Electron RAM）の進�tに関してSymetrix社が発表した。�櫂灰蹈薀表j学電気・コンピュータ学�陲�Carlos A. Paz de Araujo教�bはSymetrix社のエグゼクティブ会長も兼ねておりCeRAMの���bを述べ、同社の研�|�vであるJolanta Celinska��が実際のデバイス作りと材料などについて紹介した。
�k般に半導��は、金�錣叛箟���の中間のエネルギーバンドギャップを�eつ。ただし、金�錣魯�ャップゼロだ。半導��という材料そのものの電子の�X��密度はn型とp型で�k�I的に��まってしまうが、CeRAMに使われる、���ゞ��錣��┣��颪亙僂錣辰神���を�eつ。ただし、NiO（�┣愁縫奪吋襦砲�HfO2（�┣愁魯侫縫Ε燹�、そしてペロブスカイト構�]のYTiO3（チタン�┘ぅ奪肇螢Ε燹砲�PbNiO3（ニッケル���l）など���ゞ����┣��颪世韻任�、ほぼ絶縁��が�Hい。この���ゞ����┣��颪�C（炭素）をドープして格子�L陥を�mめるとエネルギーギャップ間のフェルミ��位に電子がたくさん集まった半導��的な�X��を創出できる（図2の��図）。
図2 ���ゞ����┣��颪世院丙舷沺砲世肇丱鵐疋�ャップは広いが、Cをドープすると（��図）フェルミ��位に電子が集まり半導��的になる 出�Z：Symetrix社
CeRAMのCorrelated Electronとは、単��の電子ではなく、互いに相互作��している電子の集まりを�T味する、�啻蟯愿纏劼箸い��@�iに�y来する。Symetrixエグゼクティブ会長のCarlos A. Paz de Araujo��の巨��的な��念図（図3）での説��によると、電子が原子の周りに集まってとどまっていると電流が流れない絶縁��(高�B�^)の様相を��し、電子が均�kに広がり伝導帯�屬帽�がっていると電流が流れる金�錙閉笘B�^）�X��になる。
図3 原子の周りだけ局所的に電子が集まっていると絶縁��だが、����的に均�kに電子があれば金�鐡�になる 出�Z：Symetrix社
材料そのものに電圧をかけると、当初は電流が流れていくが、ピークに達すると電圧を�屬欧襪里砲弔譴禿杜�が下がり負性�B�^を��すようになる（図4）。下がり切ると再び電流が流れるという性��を��す��図4の�e軸は�歓��`�rで表現しているため、電流のピークと下がった時の�fとの間には2ケタ��度の差が現れる。
図4 低�B�^と高�B�^の�X��を作り出す 出�Z：Symetrix社
この負性�B�^は二つの�X��を表し、しかも低�B�^と高�B�^の1と0を表すことができ保つため、不ｧ発性メモリとして使える。いわば半導��のエザキダイオードのように振る舞う。ヒステリシスを�Wき、メモリ効果をもつ。
Symetrix社は、ダイオード型のCeRAMメモリセルと�U御��トランジスタからなるマトリクス�Xのメモリセルアレイを300mmウェーハ�屬忙邵遒靴�。1セルは直径93nmから47nmまで微細化できることを実証しており（図5）、高集積化にも�官�できる。また、1.5Kの極低�aから423K（150°C）まで動作すると共に、高�B�^と低�B�^の間のウインドウを24時間保つことを今のところ実証している。
図5 300mmウェーハ�屬忙邵遒靴�CeRAMセルの���C図・�^真 出�Z：Symetrix
もちろん、これだけで実��化できる�lではない。微細化した時のセル間�J渉や���]しやすさ、あるいはFinFETとの共�Tなど、これからのメモリに適したプロセス、デバイス、配線�\術など、新しいメモリとしての試�aが待ち構えている。このCeRAMは、Armからスピンオフした研�|所Cerfe Labsも開発を��けており、原理が��く新しいメモリとして�擇�残るかどうかは�Hくの企業の参加がカギを�曚襪�もしれない。
参考�@料
1. 「Arm、�啻蟯愿纏劵瓮皀蠕賁腓�IPベンダーをスピンオフ」、セミコンポータル (2020/10/06)
