Programmable metalization cell (PMC) memory 소자로도 명명되는 고체 전해질 메모리 소자는 비휘발성, 고속 및 높은 ON/OFF 저항비 등을 갖고 있기 때문에, 차세대 비휘발성 메모리로서 각광받고 있는 소자 중의 하나이다. 본 논문에서는 고체 전해질 메모리 소자의 동작 원리를 먼저 소개하고자 한다. 또한, 메모리향 소자 개발을 진행 중인 미국 코지키 교수 그룹, 비메모리향 소자 개발을 진행 중인 일본 NEC 그룹 등의 해외 연구진과, Te 계열의 칼코게나이드 합금을 채택하여 소자를 제작한 한국전자통신연구원 및 충남대학교 등의 국내 연구진의 연구 성과를 소개하고자 한다.
Programmable metalization cell (PMC) memory 소자로도 명명되는 고체 전해질 메모리 소자는 비휘발성, 고속 및 높은 ON/OFF 저항비 등을 갖고 있기 때문에, 차세대 비휘발성 메모리로서 각광받고 있는 소자 중의 하나이다. 본 논문에서는 고체 전해질 메모리 소자의 동작 원리를 먼저 소개하고자 한다. 또한, 메모리향 소자 개발을 진행 중인 미국 코지키 교수 그룹, 비메모리향 소자 개발을 진행 중인 일본 NEC 그룹 등의 해외 연구진과, Te 계열의 칼코게나이드 합금을 채택하여 소자를 제작한 한국전자통신연구원 및 충남대학교 등의 국내 연구진의 연구 성과를 소개하고자 한다.
Programmable metallizaton cell (PMC) memory device has been known as one of the next generation non-volatile memory devices, because it includes non-volatility, high speed and high ON/OFF resistance ratio. This paper reviews the operation principle of the device. Besides, the recent research results...
Programmable metallizaton cell (PMC) memory device has been known as one of the next generation non-volatile memory devices, because it includes non-volatility, high speed and high ON/OFF resistance ratio. This paper reviews the operation principle of the device. Besides, the recent research results of professor Kozicki who firstly invented the device and investigated it for the memory applications, NEC corporation which studied it for the FPGA (field programmable gate array) switch applications, ETRI and chungnam national university which examined Te-based devices are introduced.
Programmable metallizaton cell (PMC) memory device has been known as one of the next generation non-volatile memory devices, because it includes non-volatility, high speed and high ON/OFF resistance ratio. This paper reviews the operation principle of the device. Besides, the recent research results of professor Kozicki who firstly invented the device and investigated it for the memory applications, NEC corporation which studied it for the FPGA (field programmable gate array) switch applications, ETRI and chungnam national university which examined Te-based devices are introduced.
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문제 정의
소자에 과도한 전류가 흘러 손상 받는 것을 방지하기 위해 current compliance를 설정한다. 둘째, conduction link가 완성된 소자에 대하여, 하부 금속전극을 0V로 고정시키고 상부 금속전극에 인가 하는 전압을 음의 방향으로 sweep하는 경우를 살펴보자. 초기엔 conduction link가 형성되어 있기 때문에 Ohm의 법칙을 따르게 된다.
국내 연구진으로는 한국전자통신연구원 및 충남대학교 등을 들 수 있다. 본 논문에서는 고체 전해질 소자의 동작원리 및 이들 연구기관들의 최신 연구동향을 소개하고자 한다.
그림 2는 전형적인 고체 전해질 소자의 동작을 나타내는 전류-전압 및 저항-전압 그림이다 [3]. 첫째, 하부 금속전극을 0V로 고정시키고, 상부 금속전극에 인가하는 전압을 양의 방향으로 sweep하는 경우를 살펴보자. 고체 전해질은 초기엔 높은 저항값 (>106 Ohm)을 갖다가, ON 임계 전압 (+1.
제안 방법
즉, Ag 확산에는 Sb 보다는 Te 원소의 기여가 필요함을 알 수 있다. 그림 12의 세 종류의 시료들을 이용하여 그림 13과 같이 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 진행하였다. 그림 13(a)로부터, Ag/pure-Sb, Ag/ SbTe 및 Ag/pure-Te 시료 모두에서 pure-Ag 이온 결합이 가장 dominant함을 알 수 있다.
ON 임계 전압 이후에는 소자는 Ohm의 법칙을 따르게 된다. 소자에 과도한 전류가 흘러 손상 받는 것을 방지하기 위해 current compliance를 설정한다. 둘째, conduction link가 완성된 소자에 대하여, 하부 금속전극을 0V로 고정시키고 상부 금속전극에 인가 하는 전압을 음의 방향으로 sweep하는 경우를 살펴보자.
이상, 칼코게나이드 합금 매질을 이용하여 제작한 소자들로부터 고체 전해질 소자의 기본 특성을 파악한 코지키 교수 그룹은, 양산성 확보를 위해 CMOS 적용이 가능한 재료를 선정하여 소자를 제작하기 시작하였다. 그 일례로, 산화 금속전극을 Ag가 아닌 Cu로 대체한 것을 들 수 있다.
주요 특허들로는 US patent number 5,761,115와 5,896,312와 5,914,893 및 6,084,796 등을 들 수 있다. 주요 청구항으로는 고체 전해질 메모리 소자의 동작 개념, 기본 구조, 재료 및 응용처 (메모리, 프로그램 가능한 저항기 및 콘덴서, 광학장치 및 센서 등) 등에 대해 설정하였다. AXON Technology는 2001년엔 미국 Micron Technology, 2004년에는 독일 Infineon Technologies와 특허 라이센스를 맺었으며, 원천특허를 포함하여 수많은 패밀리 특허들을 세계 각국에 국가별로 출원 및 등록을 완료하였다 [1].
고체 전해질 메모리 소자 개발에 있어서 CMOS 적용이 가장 중요한 화두가 되고 있으며, CMOS 적용을 위해 매질 및 산화 금속전극 재료들이 바뀌어 오고 있다. 즉, 코지키 교수 그룹은 산화 금속전극 재료로는 Ag에서 Cu로, 매질로는 GeSe 및 GeS등의 칼코게나이드 합금에서 WO3 및 SiO2 등의 산화물로 바꾸어 소자 연구를 진행하였으며, 일본 NEC 그룹 역시 매질을 Cu2S 칼코게나이드 합금에서 Ta2O5 등의 산화물로 바꾸어 소자 연구를 진행하였다. 하지만, 산화물 계열의 매질은 ON 저항값이 칼코게나이드 합금 대비 높은 단점을 가지고 있다.
대상 데이터
코지키 교수 그룹의 초기 연구결과물로는 칼코게나이드 매질을 채택하여 제작한 소자 특성에 대한 결과들이 주를 이루고 있다. Ag-diffused GeS 및 Ag-diffused GeSe 소자 제작을 위하여 금속전극은 W, 매질로는 50nm 두께의 GeS 혹은 GeSe를 스퍼터에 의해 증착하였다. 산화 금속전극으로는 Ag를 증착한 후 photo diffusion 혹은 thermal diffusion 공정을 추가함으로써, GeS 혹은 GeSe 매질내로 Ag를 확산시켜 Ag-diffused GeS 혹은 Agdiffused GeSe 고체 전해질을 형성하였다 [2].
데이터처리
한편, FPGA용 스위치 스펙인 ON 임계 전압 1V 이상을 구현하기 위해 Cu2S 매질을 Ta2O5 매질로 대체한 결과가 최근 보고되었다 [11]. Ta2O5 매질로의 대체를 위해 확산 계수(diffusion coefficient) 및 농도 등을 이용한 시뮬레이션을 진행하였으며, 실제 소자로 적용한 결과 2.5V의 ON 임계전압 값을 확보하였다 [11]. 또한, FPGA 스위치의 주요 스펙 중 하나인 낮은 ON 저항값 (약 50 Ohm)과 높은 ON/OFF 저항비 (>105)를 구현하였다 [11].
후속연구
또한, 고체 전해질 메모리 소자는, 측정온도에 따라 ON/OFF 임계전압 값의 급격한 변화 및 read retention 등의 신뢰성 문제들을 노출하고 있다. 고체 전해질 소자가 survival하기 위해서는 CMOS 적용과 신뢰성 등의 요구사항들이 충족되어야 하며, 이를 위해서는 재료 발굴 등에 있어서 보다 많은 연구가 진행되어야 하는 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대용량 모바일 기기의 대표적인 요구 사양은 무엇인가?
플래시 메모리가 독점하고 있는 비휘발성 메모리 시장은 최근 급팽창해 오고 있는데, 이는 디지털 카메라 및 MP3 등으로 대표되는 대용량 모바일 기기 등의 폭발적인 수요에 힘입었기 때문이다. 대용량 모바일 기기의 대표적인 요구 사양은 고집적도인데, 이를 충족시키기 위한 방안으로는 design rule 감소에 의한 scale down이 주로 채택되어져 왔다. 하지만, 실리콘 자체의 물리적인 한계에 점차 다가서면서부터, 많은 연구자들은 기존의 scale down 방안과 더불어, 신규 비휘발성 메모리 소자 개발에도 전념해 오고 있다.
고체 전해질 메모리 소자 관련 대표적인 해외 연구기관인 미국 코지키 교수 그룹과 일본 NEC 그룹은 무엇을 진행하고 있는가?
고체 전해질 메모리 소자 관련 대표적인 해외 연구기관은 미국 코지키 교수 그룹과 일본 NEC 그룹을 꼽을 수 있다. 코지키 교수 그룹은, 원천특허를 보유하고 있으며 메모리향 소자 개발을 주도하고 있으며, NEC 그룹은 비메모리향 FPGA (field programmable gate array) 스위치 소자 개발을 진행하고 있다. 국내 연구진으로는 한국전자통신연구원 및 충남대학교 등을 들 수 있다.
플래시 메모리가 독점하고 있는 비휘발성 메모리 시장이 최근 급팽창 하는 이유는 무엇인가?
플래시 메모리가 독점하고 있는 비휘발성 메모리 시장은 최근 급팽창해 오고 있는데, 이는 디지털 카메라 및 MP3 등으로 대표되는 대용량 모바일 기기 등의 폭발적인 수요에 힘입었기 때문이다. 대용량 모바일 기기의 대표적인 요구 사양은 고집적도인데, 이를 충족시키기 위한 방안으로는 design rule 감소에 의한 scale down이 주로 채택되어져 왔다.
참고문헌 (14)
http://www.axontc.com
M. N. Kozicki, C. Gopalan, M. Balakrishnan, M. Park and M. MitkovaNon, IEEE Proceeding of NVMTS (Non-Volatile Memory Technology Symposium), 10 (2004)
Y. S. Park, S. Y. Lee, S. M. Yoon, S. W. Jung, B. G. Yu, S. J. Lee and S. G. Yoon, Appl. Phys. Lett. 91, 162107 (2007)
M. Balakrishnan, M. N. Kozicki, C. Gopalan and M. Mitkova, IEEE Proceeding of DRC (Device Research Conference), 47 (2005)
M. N. Kozicki, M. Balakrishnan, C. Gopalan, C. Ratnakumar and M. Mitkova, IEEE Proceeding of NVMTS (Non-Volatile Memory Technology Symposium), 83 (2005)
M. N. Kozicki, .C. Gopalan, M. Balakrishnan and M. Mitkova, IEEE Trans. Nanotech. 5, 535 (2006)
S. Kaeriyama, T. Sakamoto, H. Sunamura, M. Mizuno, H. Kawaura, T. Hasegawa, K. Terabe, T. Nakayama and M. Aono, IEEE J. Solid-State Circ. 40, 168 (2005)
T. Sakamoto, N. Banno, N. Iguchi, H. Kawaura, H. Sunamura, S. Fujieda, K. Terabe, T. Hasegawa and M. Aono, IEEE Symp. VLSI Tech., Dig. Tech. Pap. 38 (2007)
S. J. Lee, S. G. Yoon, K. J. Choi, S. O. Ryu, S. M. Yoon, N. Y. Lee and B. G. Yu, J. Vac. Sci. Tech. B 24, 2312 (2006)
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