2009.3.10 支援財団研究活動助成 生体超分子を 生体超分子を利用した 利用した 3次元 次元メモリデバイス 次元メモリデバイスの メモリデバイスの研究 奈良先端科学技術大学院大学 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 データの データの保存 データの データの種類 写真 音楽 パソコン データ 動画 記録媒体 フィルム カセット テープ SDカード カード ポータブル プレーヤー フロッピー 磁気ディスク 磁気ディスク ディスク ビデオテープ フラッシュメモリ USBメモリ メモリ SSD デジタルカメラ 研究背景 Roadmap of Flash memory technology 1 32Mb Cell Size ( μm2 ) 64Mb 256Mb Control Gate 512Mb Floating Floating WSi Gate Gate WSi 0.1 1Gb 2Gb 100 nm 4Gb 8Gb 100 nm 16Gb 0.01 32Gb 100 nm 0.001 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 Year ‘05 ‘06 ‘07 ‘08 ‘09 ‘10 ‘11 ‘12 Engineering Biology Semiconductor Technology Based On Moore’s Law 生体超分子を 生体超分子を用いた ボトムアップ技術 ボトムアップ技術 Biotechnology 生体超分子の 生体超分子の特長 1. 均一性 1. 均一性 2. 溶液プロセス プロセス 溶液プロセス プロセス 2. 溶液プロセス 溶液 プロセス 3. 鉱物化 3. 鉱物化 4. ナノ構造形成能力 構造形成能力 ナノ構造形成能力 4. ナノ構造形成能力 ナノ 5. 特異的認識能力 5. 特異的認識能力 6. 自己組織化能力 6. 自己組織化能力 Polypeptide DNA Bio nano block Protein supramolecule この中 この中で最も重要な 重要な能力は 能力は 特異的認識能力と 特異的認識能力と自己組織化能力 ゲート酸化膜 ゲート酸化膜に 酸化膜に高誘電率材料 (High-k) 膜を使用 φ 7 nm 10 -5 10 -6 10 -7 10 -8 10 -9 10 -10 10 -11 10 -12 10 -13 -5 フェリチン φ 12 nm 5 G n+ B n+ p-Si (100) ゲート酸化膜 ～25) ゲート酸化膜： 酸化膜：HfO2 (～ Thre s ho ld vo ltag e (V) S Drain Current (A) 高誘電率ゲート 高誘電率ゲート酸化膜 ゲート酸化膜を 酸化膜を利用した 利用したフローティングゲートメモリ したフローティングゲートメモリ -2 V ⇔ 2 V -9 V ⇔ 9 V Vd = 50 mV 0 5 Gate Voltage (V) 10 ID-VG 特性 Writing at + 7 V fo r 10 s 4 3 Re ading at + 2.5 V 10 years 2 Eras ing at - 7 V fo r 10 s 1 0 1 10 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 Re te ntio n Time (s ) 電荷保持特性 高性能・ 高性能・高信頼性の 高信頼性のメモリデバイスを メモリデバイスを実現 論文投稿 ： 1件 件 学会発表 ： 11件 件 (国内学会 国内学会： 件 国際学会： 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 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】 件 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 件 1) 「High-k膜 膜を利用した 利用したバイオ したバイオ系 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 小原孝介 他 : 第55回応用物理学会学術講演会 回応用物理学会学術講演会, 日本大学 2008年 年3月 月 回応用物理学会学術講演会 日本大学, 2) 「High-k膜 膜を利用した 利用したバイオ したバイオ系 バイオ系ドット型 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 小原孝介 他: 電子情報通信学会SDM, 電子情報通信学会 東京大学, 東京大学 2008年 年6月 月 3) 「High-k膜 膜を利用した 利用したバイオナノドットフローティングゲートメモリ 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 フォーラム/シンポジウム パシフィコ横浜 年7月 月 小原孝介 他: STARCフォーラム フォーラム シンポジウム2008, シンポジウム パシフィコ横浜, 横浜 2008年 4) 「High-k膜 膜を利用した 利用したバイオ したバイオ系 バイオ系ナノドット型 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 回応用物理学会学術講演会, 年9月 月 小原孝介 他: 第69回応用物理学会学術講演会 回応用物理学会学術講演会 中部大学, 中部大学 2008年 5) 「High-k膜 膜を利用した 利用したバイオ したバイオ系 バイオ系ドット型 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 年会館, 年10月 月 小原孝介 他: 薄膜材料デバイス 薄膜材料デバイス研究会 デバイス研究会, 研究会 なら100年会館 なら 年会館 2008年 他3件 件 Bio-LBL法 法による積層 次元メモリ による積層ナノドット 積層ナノドット型 ナノドット型3次元 次元メモリの メモリの作製 特定材料への 特定材料への結合過程 への結合過程 TBF (Titane Binding Ferritin) Ti, Ag, SiO2 を認識し 認識し, 結合する 結合する。 する。 TBF バイオミネラル過程 バイオミネラル過程 SiO2 Ti Pt Ti 特定材料に 特定材料に対する認識 する認識 および結合 および結合 Pt Pt バイオミネラル Bio-LBL法 法によりナノドット によりナノドットを ナノドットを積層化 メモリウィンドウ幅 メモリウィンドウ幅の増大 電荷保持特性の 電荷保持特性の向上 新たな機能 たな機能を 機能を持つメモリデバイスの メモリデバイスの作製 Ti TBFの の結合による 結合によるフェリチン によるフェリチンの フェリチンの 積層化 システムオンパネル 生体超分子を 生体超分子を利用した 利用した半導体 した半導体デバイスプロセス 半導体デバイスプロセス プラスチック基板上 プラスチック基板上に 基板上に低温 ( 200 ℃ 以下 ) でメモリを メモリを作製。 作製。 システムオンパネルの システムオンパネルの実現 プラスチック基板 プラスチック基板 Wireless Interface Pen Input RAM CPU ROM System On Panel タンパク質 タンパク質を利用した 利用した半導体 した半導体デバイスプロセス 半導体デバイスプロセス 半導体微細化技術 ・フォトリソグラフィー ・エッチング フローティングゲー トメモリ トップダウンプロセス とボトムアッププロセ スの融合 Si結晶化 結晶化 etc… 無機材料認識能力 TMV 制御された 制御された自己組織化能力 された自己組織化能力 (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 フェリチン バイオテクノロジー たな機能 機能を デバイスの 新たな 機能 を持つデバイス の実現
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