[논문]강유전성 물질을 이용한 Multi-level FeRAM 구조 및 동작 분석

공석헌; 김준형; 홍슬기

doi:10.6117/kmeps.2023.30.3.073

강유전성 물질을 이용한 Multi-level FeRAM 구조 및 동작 분석
Multi-Level FeRAM Utilizing Stacked Ferroelectric Structure 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.30 no.3, 2023년, pp.73 - 77

공석헌 (서울과학기술대학교) , 김준형 (서울과학기술대학교) , 홍슬기 (서울과학기술대학교)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 서로 다른 강유전성 물질을 활용하여 Multi-level FeRAM (Ferroelectrics random access memory) 소자에 대한 구조를 제시하였으며, 이를 검증하기 위해 Simulation을 통한 C-V 분석을 수행하였습니다. Multi-level 소자를 구현하기 위해 두 가지 서로 다른 물성을 가진 강유전체를 동일한 하부 전극 위에 나란히 증착하고, 이후 게이트 전극을 위에 올린 MFM (Multi-Ferroelectric Material) 구조를 제안하였습니다. 두 강유전체가 서로 다른 전압 조건에서 분극 현상 (Polarization)을 나타내는 것을 바탕으로, 두 개의 물질 중 한 개만 polarization 되었을 때와 두 개 모두 polarization 되었을 때의 상황을 C-V peak 분석을 통해 확인하여 Multi-level 동작을 구현할 수 있음을 확인하였습니다. 더불어, 제시한 구조를 반도체 제조 공정을 활용하여 구현하는 방법을 공정 simulation을 통해 검증하였습니다. 이러한 결과는 하나의 메모리 셀에서 여러 상태 값을 저장할 수 있음을 의미하며, 이는 메모리의 집적도를 크게 향상시킬 수 있는 새로운 구조체로서의 가능성을 의미합니다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we developed a Multi-level FeRAM (Ferroelectrics random access memory) device utilizing different ferroelectric materials and analyzed its operation through C-V analysis using simulations. To achieve Multi-level operation, we proposed an MFM (Multi-Ferroelectric Material) structure by depositing two different ferroelectric materials with distinct properties horizontally on the same bottom electrode and subsequently adding a gate electrode on top. By analyzing C-V peaks based on the polarization phenomenon occurring under different voltage conditions for the two materials, we confirmed the feasibility of achieving Multi-level operation, where either one or both of the materials can be polarized. Furthermore, we validated the process for implementing the proposed structure using semiconductor fabrication through process simulations. These results signify the significance of the new structure as it allows storing multiple states in a single memory cell, thereby greatly enhancing memory integration.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Double Ferroelectric-RAM structure for Multi-level states.
그림 Fig. 2. Polarization hysteresis loop of Double Ferroelectric-RAM Structure.
그림 Fig. 3. Process Flow Schematic for Implementing the Unit Cell of the Double Ferroelectric-RAM Structure.
그림 Fig. 4. C-V Curve with Ferroelectric-RAM Polarization.
그림 Fig. 5. Hysteresis Loop Graphs for the Polarization of Each Ferroelectric Material Constituting Double Ferroelectric- RAM.
그림 Fig. 6. C-V Graph Characteristics of Double Ferroelectric-RAM Demonstrating Multi-level Memory Operation.

참고문헌 (13)

D. A. Buck, "Ferroelectrics for Digital Information Storage？and Switching, MIT, June, Report R-212 (1952)？
W. I. Kinney, W. Shepherd, W. Miller, J. Evans and R. Womack, "A non-volatile memory cell based on ferroelectric storage capacitors", IEEE, DC, USA, 850-851 (1987)？
D. Damjanovic, "Ferroelectric, dielectric and piezoelectric？properties of ferroelectric thin films and ceramics, Reports on？Progress in Physics, 61(9), (1998)？

상세보기
U. Schroeder, M. H. Park, T. Mikolajick & C. S. Hwang, The？fundamentals and applications of ferroelectric HfO 2 , Nature？Reviews Materials, 7, 653-669 (2022)？
K. Asari, Y. Mitsuyama, T. Onoye, I. Shirakawa, H. Hirano,？T. Honda, T. Otsuki, T. Baba, T. Meng, "Multi-mode and？multi-level technologies for FeRAM embedded reconfigurable hardware", IEEE, CA, USA, 106-107 (1999)？
M. Jung, V. Gaddam, S. Jeon, A review on morphotropic？phase boundary in fluorite-structure hafnia towards DRAM？technology, Nano Convergence, 9(44) (2022)？
M. M. Vopson, G. Caruntu, X. Tan, Polarization reversal and？memory effect in anti-ferroelectric materials, Scripta Materialia, 128, 61-64 (2017)？

상세보기
L. D. Filip, L. Pintilie, V. Stancu, I. Pintilie, "Simulation of？the capacitance-voltage characteristic in the case of epitaxial？ferroelectric films with Schottky contacts, Thin Solid Films, 592(Part A), 200-206 (2015)？

상세보기
J. Muller, U. Schroder, T. S. Boscke, I. Muller, U. Bottger,？L. Wilde, J. Sundqvist, M. Lemberger, P. Kucher, T. Mikolajick, L. Frey, "Ferroelectricity in yttrium-doped hafnium？oxide", J. Appl. Phys., 110(11), 114113 (2011)
T. Olsen; U. Schroder; S. Muller; A. Krause; D. Martin; A.？Singh; J. Muller; M. Geidel; T. Mikolajick, "Co-sputtering？yttrium into hafnium oxide thin films to produce ferroelectric？properties", Appl. Phys. Lett., 101(8), 082905 (2012)？

상세보기
N.-H. Kim, P.-J. Ko, S. K. Kang, W.-S. Lee, "Platinum chemical mechanical polishing (CMP) characteristics for high density ferroelectric memory applications", Microelectronic？Engineering, 84(11), 2702-2706 (2007)？

상세보기
G. E. Menk, S. B. Desu, W. Pan & D. P. Vijay, "Dry Etching？Issues in the Integration of Ferroelectric Thin Film Capacitors", MRS Online Proceedings Library, 433, 189-200 (1996)？
W. E. Frank, "Approaches for patterning of aluminum",？Microelectronic Engineering, 33(1-4), 85-100 (1997)？

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증