2009.3.10 支援財団研究活動助成 生体超分子を利用利用した 3 次元メモリデバイスメモリデバイスの研究 奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科小原孝介
研究背景研究背景研究背景研究背景データデータデータデータの種類種類種類種類データデータデータデータの保存保存保存保存パソコンパソコンパソコンパソコンパソコンパソコンパソコンパソコンデータデータデータデータデータデータデータデータ音楽音楽音楽音楽音楽音楽音楽音楽写真写真写真写真記録媒体記録媒体記録媒体記録媒体フラッシュメモリフラッシュメモリフラッシュメモリフラッシュメモリ動画動画動画動画 SD カードカードカードカードポータブルポータブルポータブルポータブルプレーヤープレーヤープレーヤープレーヤー USB メモリメモリメモリメモリフィルムフィルムフィルムフィルムカセットカセットカセットカセットテープテープテープテープフロッピーフロッピーフロッピーフロッピーディスクディスクディスクディスク磁気磁気磁気磁気ディスクディスクディスクディスクビデオテープビデオテープビデオテープビデオテープデジタルカメラデジタルカメラデジタルカメラデジタルカメラ SSD
研究背景 Roadmap of Flash memory technology Cell Size ( μm 2 ) 1 0.1 0.01 32Mb 64Mb Control Gate 100 nm Floating Gate WSi 256Mb 100 nm 512Mb 1Gb 100 nm 2Gb 4Gb 8Gb 16Gb 32Gb 0.001 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 Year
Engineering Biology Semiconductor Technology Based On Moore s Law Biotechnology 生体超分子を用いたボトムアップ技術
生体超分子の特長 1. 1. 均一性 2. 2. 溶液プロセス 3. 3. 鉱物化 4. 4. ナノ構造形成能力 5. 5. 特異的認識能力 6. 6. 自己組織化能力 Polypeptide DNA Bio nano block Protein supramolecule この中で最も重要重要な能力能力は特異的認識能力と自己組織化能力
高誘電率ゲートゲート酸化膜酸化膜を利用利用したしたフローティングゲートメモリ ゲート酸化膜酸化膜に高誘電率材料 (High-k) 膜を使用 φ 12 nm φ 7 nm S G B n + p-si (100) フェリチン n + ゲート酸化膜 :HfO 2 (~25) Drain Current (A) Thres hold voltage (V) 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 -2 V 2 V -9 V 9 V V d = 50 mv 10-13 -5 0 5 10 Gate Voltage (V) 5 4 3 2 I D -V G 特性 Writing at + 7 V for 10 s Reading at + 2.5 V 10 years Eras ing at - 7 V for 10 s 1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 Retention Time (s ) 電荷保持特性 論文投稿 : 1 件 高性能 高信頼性高信頼性のメモリデバイスメモリデバイスを実現学会発表 : 11 件 ( 国内学会 :8 件国際学会 :3 件 )
研究業績 発表論文発表論文 1 件 1) Floating Gate Memory Based on Ferritin Nanodots with High-k Gate Dielectrics K. Ohara et al: Jpn. J. Appl. Phys. (in press) 国際学会発表国際学会発表 3 件 1) Floating gate memory devices based on ferritin nanodots on high-k gate dielectrics K. Ohara et al: The 2008 International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai ( 2008 IMFEDK ), Osaka University, March 2008 2) Floating gate memory based on ferritin nanodots with high-k gate dielectrics K. Ohara et al: 2008 International Conference on Solid State Devices and Materials ( SSDM 2008 ), Tsukuba International Congress Center, September 2008. 3) Floating Gate Memory Based on Ferritin Nanodots with High-k Gate Dielectrics K. Ohara et al: 2009 International Thin Film Transistor Conference ( ITC 09 ) Ecole Polytechnique (France), March 2009.
研究業績 国内学会発表国内学会発表 8 件 1) High-k 膜を利用利用したしたバイオバイオ系ドットフローティングゲートメモリドットフローティングゲートメモリ 小原孝介他 : 第 55 回応用物理学会学術講演会, 日本大学, 2008 年 3 月 2) High-k 膜を利用利用したしたバイオバイオ系ドットドット型フローティングゲートメモリフローティングゲートメモリ 小原孝介他 : 電子情報通信学会 SDM, 東京大学, 2008 年 6 月 3) High-k 膜を利用利用したしたバイオナノドットフローティングゲートメモリバイオナノドットフローティングゲートメモリ 小原孝介他 : STARC フォーラム / シンポジウム 2008, パシフィコ横浜, 2008 年 7 月 4) High-k 膜を利用利用したしたバイオバイオ系ナノドットナノドット型フローティングゲートメモリフローティングゲートメモリ 小原孝介他 : 第 69 回応用物理学会学術講演会, 中部大学, 2008 年 9 月 5) High-k 膜を利用利用したしたバイオバイオ系ドットドット型フローティングゲートメモリフローティングゲートメモリ 小原孝介他 : 薄膜材料デバイスデバイス研究会, なら 100 年会館, 2008 年 10 月 他 3 件
Bio-LBL 法によるによる積層積層ナノドットナノドット型 3 次元メモリメモリの作製 TBF TBF (Titane Binding Ferritin) Ti, Ag, SiO 2 を認識認識し, 結合するする SiO 2 特定材料へのへの結合過程バイオミネラル過程 Ti Pt Ti Pt Ti Pt 特定材料に対するする認識および結合 バイオミネラル TBFの結合結合によるによるフェリチンフェリチンの積層化 Bio-LBL 法によりによりナノドットナノドットを積層化 メモリウィンドウ幅の増大電荷保持特性の向上 新たなたな機能機能を持つメモリデバイスメモリデバイスの作製
システムオンパネル 生体超分子を利用利用したした半導体半導体デバイスプロセスプラスチック基板上基板上に低温 ( 200 以下 ) でメモリメモリを作製作製 システムオンパネルの実現 プラスチック基板 Wireless Interface Pen Input RAM CPU ROM System On Panel
タンパクタンパクタンパクタンパク質を利用利用利用利用したしたしたした半導体半導体半導体半導体デバイスプロセスデバイスプロセスデバイスプロセスデバイスプロセス半導体微細化技術半導体微細化技術半導体微細化技術半導体微細化技術 フォトリソグラフィーフォトリソグラフィーフォトリソグラフィーフォトリソグラフィー エッチングエッチングエッチングエッチングバイオテクノロジーバイオテクノロジーバイオテクノロジーバイオテクノロジーフェリチンフェリチンフェリチンフェリチン TMV ( タバコモザイクウィルスタバコモザイクウィルスタバコモザイクウィルスタバコモザイクウィルス ) トップダウンプロセストップダウンプロセストップダウンプロセストップダウンプロセスとボトムアッププロセボトムアッププロセボトムアッププロセボトムアッププロセスの融合融合融合融合無機材料認識能力無機材料認識能力無機材料認識能力無機材料認識能力制御制御制御制御されたされたされたされた自己組織化能力自己組織化能力自己組織化能力自己組織化能力フローティングゲーフローティングゲーフローティングゲーフローティングゲートメモリトメモリトメモリトメモリ Si 結晶化結晶化結晶化結晶化新たなたなたなたな機能機能機能機能を持つデバイスデバイスデバイスデバイスの実現実現実現実現新たなたなたなたな機能機能機能機能を持つデバイスデバイスデバイスデバイスの実現実現実現実現 etc