[논문]Tellurium 기반 휘발성 문턱 스위칭 및 고집적 메모리용 선택소자 응용 연구

김승환; 김창환; 허남욱; 서준기

doi:10.4313/jkem.2023.36.6.2

Tellurium 기반 휘발성 문턱 스위칭 및 고집적 메모리용 선택소자 응용 연구
Advanced Tellurium-Based Threshold Switching Devices for High-Density Memory Arrays 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.36 no.6, 2023년, pp.547 - 555

김승환 (울산과학기술원 신소재공학과) , 김창환 (울산과학기술원 신소재공학과) , 허남욱 (울산과학기술원 신소재공학과) , 서준기 (울산과학기술원 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

High-density crossbar arrays based on storage class memory (SCM) are ideally suited to handle an exponential increase in data storage and processing as a central hardware unit in the era of AI-based technologies. To achieve this, selector devices are required to be co-integrated with SCM to address the sneak-path current issue that indispensably arises in such crossbar-type architecture. In this perspective, we first summarize the current state of tellurium-based threshold-switching devices and recent advances in the material, processing, and device aspects. We thoroughly review the physicochemical properties of elemental tellurium (Te) and representative binary tellurides, their tailored deposition techniques, and operating mechanisms when implemented in two-terminal threshold switching devices. Lastly, we discuss the promising research direction of Te-based selectors and possible issues that need to be considered in advance.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. (a) A memory hierarchy showing a performance gap between SRAM/DRAM and SSD/HDD, (b) and (c) schematic drawing of ovonic threshold switch (OTS) and storage class memory (SCM) stacked on a planar crossbar array structure that has 4F² cell size displaying the intended current path (green line) and the sneak current path (red line), (d), (e), and (f) I-V curves of only OTS, only SCM, and SCM with OTS cases.
그림 Fig. 2. Crystal structure of tellurium with top and side view.
그림 Fig. 3. Schematic illustrations of negative differential resistance (NDR) mechanism induced by a transition between deep and shallow trap sites.
그림 Fig. 4. Schematic images of deposition methods for crossbar memory device structure. (a) Planar crossbar array structure, (b) various types of sputtering methods: sputtering, co-sputtering with two targets for complex composition, and reactive sputtering with reactive gas, (c) 3D vertical structure of crossbar array structure, and (d) the process sequence of atomic layer deposition (ALD) in trench substrates.
그림 Fig. 5. Switching mechanism of single element Te devices investigated through in-situ TEM. (a) TEM images of the corresponding device, (b) DC IV curve of nanodevice used for in-situ TEM studies, (c) and (d) microstructure of Te device and FFT image before switching, (e) and (f) microstructure of Te device and FFT image after switching, and (g)~(j) sequential images of single-element Te nanodevice switching.

참고문헌 (36)

M. M. Waldrop, Nature, 530, 144 (2016).？doi: https://doi.org/10.1038/530144a

상세보기
C. H. Lam, Proc. 2010 10th IEEE International Conference on？Solid-State and Integrated Circuit Technology (IEEE, Shanghai,？China, 2010) p. 1080.？doi: https://doi.org/10.1109/ICSICT.2010.5667551
M.H.R. Lankhorst, B.W.S.M.M. Ketelaars, and R.A.M. Wolters,？Nat. Mater., 4, 347 (2005).？doi: https://doi.org/10.1038/nmat1350

상세보기
X. B. Li, N. K. Chen, X. P. Wang, and H. B. Sun, Adv. Funct.？Mater., 28, 1803380 (2018). doi: https://doi.org/10.1002/adfm.201803380

상세보기
J. J. Yang, M. D. Pickett, X. Li, D.A.A. Ohlberg, D. R. Stewart,？and R. S. Williams, Nat. Nanotechnol., 3, 429 (2008).？doi: https://doi.org/10.1038/nnano.2008.160

상세보기
N. Sato, F. Xue, R. M. White, C. Bi, and S. X. Wang, Nat.？Electron., 1, 508 (2018).？doi: https://doi.org/10.1038/s41928-018-0131-z

상세보기
J. Hruska, ExtremeTech, Intel, Micron Reveal Xpoint, a New？Memory Architecture that Could Outclass DDR4 and NAND,？https://www.extremetech.com/extreme/211087-intel-micron-reveal-xpoint-a-new-memory-architecture-that-claims-to-outclass-both-ddr4-and-nand (2015).
H. Wu, E. Vianello, S. J. Kim, and M. Prezioso, Nat. Commun.,？13, 4055 (2022).？doi: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31598-5

상세보기
Q. Xia and J. J. Yang, Nat. Mater., 18, 309 (2019).？doi: https://doi.org/10.1038/s41563-019-0291-x

상세보기
D. Seong, S. Y. Lee, H. K. Seo, J. W. Kim, M. Park, and M. K.？Yang, Materials, 16, 2066 (2023).？doi: https://doi.org/10.3390/ma16052066

상세보기
M. Kastner, D. Adler, and H. Fritzsche, Phys. Rev. Lett., 37,？1504 (1976).？doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.37.1504

상세보기
D. Ielmini and Y. Zhang, J. Appl. Phys., 102, 054517 (2007).？doi: https://doi.org/10.1063/1.2773688

상세보기
M. Zhu, K. Ren, and Z. Song, MRS Bull., 44, 715 (2019).？doi: https://doi.org/10.1557/mrs.2019.206

상세보기
Z. Y. Chen and R. Qin, Phys. Rev. A, 101, 053423 (2020).？doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.101.053423

상세보기
W. Zhang, R. Mazzarello, M. Wuttig, and E. Ma, Nat. Rev.？Mater., 4, 150 (2019).？doi: https://doi.org/10.1038/s41578-018-0076-x

상세보기
G. W. Burr, R. S. Shenoy, K. Virwani, P. Narayanan, A. Padilla,？B. Kurdi, and H. Hwang, J. Vac. Sci. Technol. B, 32, 040802？(2014).？doi: https://doi.org/10.1116/1.4889999

상세보기
T. Kim, Y. Kim, I. Lee, D. Lee, and H. Sohn, Nanotechnology,？30, 13LT01 (2019).？doi: https://doi.org/10.1088/1361-6528/aafe13

상세보기
J. Yoo, D. Lee, J. Park, J. Song, and H. Hwang, IEEE J. Electron？Devices Soc., 6, 821 (2018).？doi: https://doi.org/10.1109/JEDS.2018.2856853

상세보기
D. Garbin, W. Devulder, R. Degraeve, G. L. Donadio, S. Clima,？K. Opsomer, A. Fantini, D. Cellier, W. G. Kim, M. Pakala, A.？Cockburn, C. Detavernier, R. Delhougne, L. Goux, and G. S.？Kar, Proc. 2019 IEEE International Electron Devices Meeting？(IEDM) (IEEE, San Francisco, USA, 2019) p. 35.1.1.？doi: https://doi.org/10.1109/IEDM19573.2019.8993547
J. Lee, S. Ban, T. H. Lee, and H. Hwang, IEEE Electron Device？Lett., 44, 1468 (2023).？doi: https://doi.org/10.1109/LED.2023.3297992

상세보기
C. Yoo, J. W. Jeon, S. Yoon, Y. Cheng, G. Han, W. Choi, B.？Park, G. Jeon, S. Jeon, W. Kim, Y. Zheng, J. Lee, J. Ahn, S. Cho,？S. B. Clendenning, I. V. Karpov, Y. K. Lee, J. H. Choi, and C.？S. Hwang, Adv. Mater., 34, 2207143 (2022).？doi: https://doi.org/10.1002/adma.202207143

상세보기
V. Adinolfi, L. Cheng, M. Laudato, R. C. Clarke, V. K.？Narasimhan, S. Balatti, S. Hoang, and K. A. Littau, ACS Nano,？13, 10440 (2019).？doi: https://doi.org/10.1021/acsnano.9b04233

상세보기
Y. Koo and H. Hwang, Sci. Rep., 8, 11822 (2018).？doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-30207-0

상세보기
H. Liu, H. Gong, K. Liu, K. Ding, J. Chen, Z. Liu, and F. Rao,？Chem. Mater., 35, 6396 (2023).？doi: https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c01097

상세보기
S. Ban, S. Lee, J. Lee, and H. Hwang, IEEE Electron Device？Lett., 43, 643 (2022).？doi: https://doi.org/10.1109/LED.2022.3152207

상세보기
M. Anbarasu, M. Wimmer, G. Bruns, M. Salinga, and M. Wuttig,？Appl. Phys. Lett., 100, 143505 (2012).？doi: https://doi.org/10.1063/1.3700743

상세보기
L. Wang, W. Cai, D. He, Q. Lin, D. Wan, H. Tong, and X. Miao,？IEEE Electron Device Lett., 42, 688 (2021).？doi: https://doi.org/10.1109/LED.2021.3064857

상세보기
S. A. Chekol, J. Yoo, J. Park, J. Song, C. Sung, and H. Hwang,？Nanotechnology, 29, 345202 (2018).？doi: https://doi.org/10.1088/1361-6528/aac9f5

상세보기
L. Wang, J. Wen, R. Zhu, J. Chen, H. Tong, and X. Miao, Appl.？Phys. Lett., 121, 193501 (2022).？doi: https://doi.org/10.1063/5.0127177

상세보기
J. Shen, S. Jia, N. Shi, Q. Ge, T. Gotoh, S. Lv, Q. Liu, R.？Dronskowski, S. R. Elliott, Z. Song, and M. Zhu, Science, 374,？1390 (2021).？doi: https://doi.org/10.1126/science.abi6332

상세보기
C. Kim, N. Hur, J. Yang, S. Oh, J. Yeo, H. Y. Jeong, B. Shong,？and J. Suh, ACS Nano, 17, 15776 (2023).？doi: https://doi.org/10.1021/acsnano.3c03559

상세보기
T. Kim, C. H. Choi, P. Byeon, M. Lee, A. Song, K. B. Chung,？S. Han, S. Y. Chung, K. S. Park, and J. K. Jeong, npj 2D Mater.？Appl., 6, 4 (2022).？doi: https://doi.org/10.1038/s41699-021-00280-7

상세보기
C. Zhao, H. Batiz, B. Yasar, H. Kim, W. Ji, M. C. Scott, D. C.？Chrzan, and A. Javey, Adv. Mater., 33, 2100860 (2021).？doi: https://doi.org/10.1002/adma.202100860

상세보기
S. Ban, J. Lee, T. Kim, and H. Hwang, Proc. 2023 IEEE？Symposium on VLSI Technology and Circuits (VLSI Technology？and Circuits) (IEEE, Kyoto, Japan, 2023) p. 1.？doi: https://doi.org/10.23919/VLSITechnologyandCir57934.2023.10185213
L. Wang, J. Wen, Z. Liu, J. Chen, H. Tong, and X. Miao, IEEE？Electron Device Lett., 44, 1096 (2023).？doi: https://doi.org/10.1109/LED.2023.3272884

상세보기
P. Noe, A. Verdy, F. d'Acapito, J. B. Dory, M. Bernard, G.？Navarro, J. B. Jager, J. Gaudin, and J. Y. Raty, Sci. Adv., 6,？eaay2830 (2020).？doi: https://doi.org/10.1126/sciadv.aay2830？

상세보기

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

Tellurium 기반 휘발성 문턱 스위칭 및 고집적 메모리용 선택소자 응용 연구
Advanced Tellurium-Based Threshold Switching Devices for High-Density Memory Arrays 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (5)

표/그림 (5)

참고문헌 (36)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

Tellurium 기반 휘발성 문턱 스위칭 및 고집적 메모리용 선택소자 응용 연구 Advanced Tellurium-Based Threshold Switching Devices for High-Density Memory Arrays 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (5) 모든 표/그림 보기

표/그림 (5) 슬라이드로 보기

참고문헌 (36)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

Tellurium 기반 휘발성 문턱 스위칭 및 고집적 메모리용 선택소자 응용 연구
Advanced Tellurium-Based Threshold Switching Devices for High-Density Memory Arrays 원문보기

표/그림 (5)

표/그림 (5)