초록 ▼

연구개요
□ 양자-터널링(Quantum Tunneling; QT) 현상을 이용한 신개념 비휘발성 메모리 소자(QT-RAM) 개발 및 저전압(<5 V), 고속(<100 ns)의 스위칭 동작 및 높은 신뢰성(endurance: >10⁵, retention: >10 yrs, RM : 100) 확보 (1, 2차년도)

□ 1,2차 년도에 확보된 메모리 제조기술을 기반으로, 수직형 3차원 NAND 구조에 적용 가능한 QT-RAM 소자를 구현하여 집적성 및 신뢰성의 한계를 극복하고, 동시에 다기능화를 실현할

연구개요
□ 양자-터널링(Quantum Tunneling; QT) 현상을 이용한 신개념 비휘발성 메모리 소자(QT-RAM) 개발 및 저전압(<5 V), 고속(<100 ns)의 스위칭 동작 및 높은 신뢰성(endurance: >10⁵, retention: >10 yrs, RM : 100) 확보 (1, 2차년도)

□ 1,2차 년도에 확보된 메모리 제조기술을 기반으로, 수직형 3차원 NAND 구조에 적용 가능한 QT-RAM 소자를 구현하여 집적성 및 신뢰성의 한계를 극복하고, 동시에 다기능화를 실현할 수 있는 유니버셜 (Universal) 메모리의 기반 기술 확보 (3차년도)

연구 목표대비 연구결과
□ 양자-터널링(Quantum Tunneling; QT) 현상을 이용한 저항변화메모리 특성
- 본 연구진은 기존의 RRAM 소자가 필라멘트 형성과 소거로써 저항변화 특성을 확보 하는 것과 달리 QT 현상을 이용해 저항변화 특성을 확보하고자 연구를 진행하였음.

- 결과적으로 MIS, MIM의 메모리 소자 구조에서 기존의 필라멘트 기반의 RRAM 특성과 차별화 되는 저항변화특성을 확보 하였으며, 이결과가 QT 현상과 관련됨을 확인 할 수 있었음.

□ 메모리 관련 주요성능 목표치 및 실험 결과
- 동작 전류 : 800 nA(목표치), 1.5uA(n-Si/Si3N4), 100 nA(HfO2-MIM), 500 nA(Si3N4 CBA)
- 동작 전압 : 5 V(목표치), 4 V(n-Si/Si3N4), 4 V(HfO2-MIM), 12 V(Si3N4 CBA)
- 쓰기 속도 : 100 ns(목표치), 100 ns(n-Si/Si3N4), 100 ns(HfO2-MIM), 100 ns(Si3N4 CBA)
- 소거 속도 : 100 ns(목표치), 100 ns(n-Si/Si3N4), 100 ns(HfO2-MIM), 100 ns(Si3N4 CBA)
- 기억 유지 : 10년(목표치), 10년(n-Si/Si3N4), 10년(HfO2-MIM), 10년(Si3N4 CBA)
- 반복 동작 : 100회(목표치), 200회(n-Si/Si3N4), 128회(HfO2-MIM), 500 회(Si3N4 CBA)
- Read Margin : 100(목표치), 110(n-Si/Si3N4), 약1000(HfO2-MIM), 약 100(Si3N4 CBA)
위에서 기술할 바와 같이, 모든 목표치 대비 주요 성능을 이번 연구를 통해 달성하였음.
또한, 마지막 단계에서 선행연구를 통해 확보된 메모리 제조 기술을 기반으로, 3D 구조의 어레이 소자를 제작 및 테스트를 성공적으로 완료하였음.

연구개발결과의 중요성
□ 본 연구를 통해 연구된 QT-RAM의 경우 기존의 RRAM 소자에서 문제가 되었던 높은 구동 전류, 포밍, 어레이 구조 적용 시 추가의 선택형 소자가 필요한 여러 이슈들을 해결 할 수 있는 신개념의 저항변화 메모리 소자로써 연구의 가치가 크다고 판단됨.
□ 연구 결과에서 확인된 바와 같이, QT 현상을 동작 메커니즘으로 도입함으로써 포밍 없이 저항변화특성이 확보됨.
□ QT층과 상하부 층의 에너지 장벽에 의해 자연스럽게 다이오드+RRAM 특성을 확보 할 수 있어, 어레이 적용시 추가의 선택형 소자가 필요 없음.
□ 결과적으로, QT-RAM 소자의 경우 기존의 RRAM 소자들이 가지고 있는 저전압/고속동작의 장점을 그대로 가져가면서 기존 문제를 해결해 줄 수 있는 소자 구조라 판단됨.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구의 필요성 ... 4
• 1.2. 연구의 최종목표 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2.1. 1차년도(2015) ... 6
• 2.2. 2차년도(2016) ... 6
• 2.3. 3차년도(2017) ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 22