東京科学大学と東ソーは2025年6月23日、窒化アルミニウム(AlN)と窒化ガリウム(GaN)を合金化することで、従来よりもスカンジウム(Sc)元素を多く結晶に取り込んだ膜が作製可能なことを世界で初めて発見したと発表した。Scを多く取り入れることにより、メモリ動作の低電圧化、劇的な低消費電力化が実現できるという。

東京科学大学 物質理工学院 材料系の大田怜佳氏、岡本一輝助教、舟窪浩教授、東ソーの召田雅実氏らによる研究で発見された。AlNとGaNはどちらも強誘電性を持ち、電源を切ってもデータを保持できるメモリ機能を有している。これらの結晶にScを取り込むとメモリ機能の動作電圧が低下し、劇的な低消費電力で動作するメモリを実現できることは知られていたが、Sc元素を結晶に取り入れられる量には限界があった。

研究チームは2種類の元素を混合することで元素の取り込み量が増加する「エントロピー効果」を応用し、AlNとGaNを合金化することにより、従来よりSc元素を多く結晶に取り入れた膜が作製できることを発見した。特にAlNのAlの約10%～30%をGaに置き換えることにより、結晶に取り入れられるScの量を40%から50%に増やすことに成功した。

さらに比誘電率はScの量を増やすことで大きくなり、約40まで増加可能であることが明らかになった。圧電性と比誘電率には相関関係があることがわかっているため、合金化により圧電性の増加も期待できるという。加えて、合金化によってScが多く入った領域は高い絶縁性を有するため、強誘電性を持つことも明らかになったという。

今回の研究で作製可能となった膜は従来知られている組成よりも低電圧でメモリ動作が可能なため、データセンターなどのメモリの超低消費電力化が可能となる。また、AlNとGaNの合金化により、比誘電率が増加するため、大きな圧電性や電気工学効果を用いた6G用のスマートフォン等の高周波のノイズフィルタや、光コンピュータへの応用も期待できるという。

出典：東京科学大学　プレスリリース