저항 변화 메모리는 단순한 구조, 높은 메모리 집적율 그리고 낮은 전력 소모량 등의 장점을 바탕으로, 스케일링 한계에 다다른 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 기반의 메모리 소자들을 대체할 유망한 메모리로 여겨지고 있다. 저항 변화 현상이 밝혀진 이후로 50년이 지난 지금, Al₂O₃, ZnO, NiO, TiO₂ 등의 ...
저항 변화 메모리는 단순한 구조, 높은 메모리 집적율 그리고 낮은 전력 소모량 등의 장점을 바탕으로, 스케일링 한계에 다다른 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 기반의 메모리 소자들을 대체할 유망한 메모리로 여겨지고 있다. 저항 변화 현상이 밝혀진 이후로 50년이 지난 지금, Al₂O₃, ZnO, NiO, TiO₂ 등의 전이 금속 산화물, Pr1-xCaxMnO₃, doped SrZrO₃, SrTiO₃ 등의 강유전 물질같은 다양한 물질들이 저항 변화 메모리의 소재로 연구되고 있다. 그중 ZnO는 안정적인 스위칭 특성과 빠른 스위칭 속도, 긴 retentiontime 등의 장점으로 주목받고 있다. 한편, 최근에는 SiO₂ 를 이용한 ReRAM 개발도 다수의 기관에서 진행되고 있다. 본 연구에서는 두 가지 물질의 장점을 이용하되, 단점을 상쇄시키기 위해 Zinc Silicate를 새로운 ReRAM 대상 물질로 선택하였고, 이를 통해 비휘발성 메모리 특성의 발전 가능성을 확인하고, 물리적인 동작 원리를 연구하고자 한다. 이번 연구에서는 실리콘 웨이퍼 위에 듀얼 건을 이용한 코스퍼터링 방법으로 증착한 규산아연광에서 저항 변화 효과를 관찰하였다. 각 스퍼터링 타겟으로는 산화 아연과 이산화 규소를 사용하였으며, 1000℃에서 1시간 동안 열처리를 시행함으로써 규산아연광을 합성하였다. 이후 전기적 특성을 측정하기 위하여 금속 증착 시스템에서 패터닝된 마스크를 이용해 은 전극을 증착하였다. 일련의 측정을 통해, 규산아연광을 이용한 저항 변화 메모리는 단극성 저항 변화를 하는 성질을 갖는 다는 것을 알 수 있었다. 높은 저항과 낮은 저항 사이의 저항 차이는 100배 이상이었으며, 저항 변화는 100번 이상 지속되었다. 저항 변화가 일어나지 않는 작은 전압 신호를 일정한 시간마다 가하며 시간에 따른 저항 변화를 측정하는 데이터 유지 실험에서는 50시간 가까이 저항이 변하지 않는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 규산아연광을 이용한 저항 변화 메모리가 비휘발성 메모리로 쓰일 수 있음을 확인하였다.
저항 변화 메모리는 단순한 구조, 높은 메모리 집적율 그리고 낮은 전력 소모량 등의 장점을 바탕으로, 스케일링 한계에 다다른 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 기반의 메모리 소자들을 대체할 유망한 메모리로 여겨지고 있다. 저항 변화 현상이 밝혀진 이후로 50년이 지난 지금, Al₂O₃, ZnO, NiO, TiO₂ 등의 전이 금속 산화물, Pr1-xCaxMnO₃, doped SrZrO₃, SrTiO₃ 등의 강유전 물질같은 다양한 물질들이 저항 변화 메모리의 소재로 연구되고 있다. 그중 ZnO는 안정적인 스위칭 특성과 빠른 스위칭 속도, 긴 retention time 등의 장점으로 주목받고 있다. 한편, 최근에는 SiO₂ 를 이용한 ReRAM 개발도 다수의 기관에서 진행되고 있다. 본 연구에서는 두 가지 물질의 장점을 이용하되, 단점을 상쇄시키기 위해 Zinc Silicate를 새로운 ReRAM 대상 물질로 선택하였고, 이를 통해 비휘발성 메모리 특성의 발전 가능성을 확인하고, 물리적인 동작 원리를 연구하고자 한다. 이번 연구에서는 실리콘 웨이퍼 위에 듀얼 건을 이용한 코스퍼터링 방법으로 증착한 규산아연광에서 저항 변화 효과를 관찰하였다. 각 스퍼터링 타겟으로는 산화 아연과 이산화 규소를 사용하였으며, 1000℃에서 1시간 동안 열처리를 시행함으로써 규산아연광을 합성하였다. 이후 전기적 특성을 측정하기 위하여 금속 증착 시스템에서 패터닝된 마스크를 이용해 은 전극을 증착하였다. 일련의 측정을 통해, 규산아연광을 이용한 저항 변화 메모리는 단극성 저항 변화를 하는 성질을 갖는 다는 것을 알 수 있었다. 높은 저항과 낮은 저항 사이의 저항 차이는 100배 이상이었으며, 저항 변화는 100번 이상 지속되었다. 저항 변화가 일어나지 않는 작은 전압 신호를 일정한 시간마다 가하며 시간에 따른 저항 변화를 측정하는 데이터 유지 실험에서는 50시간 가까이 저항이 변하지 않는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 규산아연광을 이용한 저항 변화 메모리가 비휘발성 메모리로 쓰일 수 있음을 확인하였다.
A ReRAM has been considered as a promising candidate to replace the conventional memory devices due to its simple structure, high memory density, and low power consumption [1-6]. Since the resistive switching phenomenon was observed last half century, various materials have been studied for ReRAM ap...
A ReRAM has been considered as a promising candidate to replace the conventional memory devices due to its simple structure, high memory density, and low power consumption [1-6]. Since the resistive switching phenomenon was observed last half century, various materials have been studied for ReRAM application, such as transition metal oxides (Al₂O₃, ZnO, NiO and TiO₂) [7,8], ferromagnetic materials (Pr1-xCaxMnO₃, doped SrZrO₃, SrTiO₃) [9,10], and etc. In this study, we observed resistance switching of RF-magnetron co-sputtered Zinc Silicate thin film with ZnO and SiO₂ targets grown on a Si (100) wafer with Ag top electrode. We observed that the new Zinc Silicate thin films exhibited unipolar resistive switching properties. Resistance ratio of Low Resistance State (LRS)/High Resistance State (HRS) above 10² and endurance of 100 cycles were obtained. Resistance ratio is not degraded during repeated reading process. (Retention above 10⁵ sec). Result of curve-fitting and barrier calculation, transport mechanism of LRS and HRS were revealed as SCLC and Schottky emission, respectively. The X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) patterns indicated that the Zn₂SiO₄ was formed by post annealing process. A unique morphology were observed by scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM). As a result of annealing process, 50nm size nano-clusters were formed spontaneously in 2~300 nm size grains.
A ReRAM has been considered as a promising candidate to replace the conventional memory devices due to its simple structure, high memory density, and low power consumption [1-6]. Since the resistive switching phenomenon was observed last half century, various materials have been studied for ReRAM application, such as transition metal oxides (Al₂O₃, ZnO, NiO and TiO₂) [7,8], ferromagnetic materials (Pr1-xCaxMnO₃, doped SrZrO₃, SrTiO₃) [9,10], and etc. In this study, we observed resistance switching of RF-magnetron co-sputtered Zinc Silicate thin film with ZnO and SiO₂ targets grown on a Si (100) wafer with Ag top electrode. We observed that the new Zinc Silicate thin films exhibited unipolar resistive switching properties. Resistance ratio of Low Resistance State (LRS)/High Resistance State (HRS) above 10² and endurance of 100 cycles were obtained. Resistance ratio is not degraded during repeated reading process. (Retention above 10⁵ sec). Result of curve-fitting and barrier calculation, transport mechanism of LRS and HRS were revealed as SCLC and Schottky emission, respectively. The X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) patterns indicated that the Zn₂SiO₄ was formed by post annealing process. A unique morphology were observed by scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM). As a result of annealing process, 50nm size nano-clusters were formed spontaneously in 2~300 nm size grains.
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