초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제는 큰 밴드갭을 가지는 ZnO 계의 산화물 반도체의 장점을 이용한 투명 전자소자의 특성과 금속 산화물인 ZnO계 물질을 이용한 저항 변화 비휘발성 메모리 특성을 동시에 구현하는 것이다.
핵심 내용은 투명한 ZnO 계의 산화물 반도체와 실리콘 산화물(SiO_x(x<2)) 이중 초박막을 기본 구조로, 이 다층 박막을 on/off 메모리 동작의 핵심 영역으로 사용하는 고기능 투명 저항 변화 비휘발성 메모리 소자를 구현하는 것으로, 특히, 현재 기술의 한계인 비휘발성 메모리 특성(특히,

□ 연구개요
본 연구과제는 큰 밴드갭을 가지는 ZnO 계의 산화물 반도체의 장점을 이용한 투명 전자소자의 특성과 금속 산화물인 ZnO계 물질을 이용한 저항 변화 비휘발성 메모리 특성을 동시에 구현하는 것이다.
핵심 내용은 투명한 ZnO 계의 산화물 반도체와 실리콘 산화물(SiO_x(x<2)) 이중 초박막을 기본 구조로, 이 다층 박막을 on/off 메모리 동작의 핵심 영역으로 사용하는 고기능 투명 저항 변화 비휘발성 메모리 소자를 구현하는 것으로, 특히, 현재 기술의 한계인 비휘발성 메모리 특성(특히, endurance 특성)을 개선하는 것이다.
이에 함께 비휘발성 메모리 특성의 기본 원리를 탐구하며, 신기능 투명 비휘발성 메모리 전자소자 기술의 핵심 원천성을 창출하여, 그 응용성을 확보하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[최종 연구 목표]
○ SiO_x 이중 층을 이용한 ZnO 계 고기능 투명 저항 변화 비휘발성 메모리(ReRAM) 소자 구현 ; [평균 가시광선 투과율 > 85%, R_off/R_on >10⁴, 동작전압 < 5V, Endurance : 10⁵ cycles, Data retention : 10⁷ s]
○ ZnO 산화물 반도체와 절연막(SiO_x)의 이중 다층 구조의 ReRAM 동작원리 규명: 전도 필라멘트 모델에 양자역학적 터널링, 절연막에서의 호핑(hopping) 메카니즘, 절연체 전도 메카니즘, 전극과 저항층 계면 상태를 고려한 전하 수송 특성을 규명.
○ 투명 저항 변화 비휘발성 메모리 전자소자 기술의 핵심 원천성을 창출하고, 해당 신기능성을 통하여 투명 비휘발성 메모리 전자소자의 응용성을 확보하고자 함.

[최종 연구 결과]
○ SiO_x 이중 층을 이용한 ZnO 계 고기능 투명 저항 변화 비휘발성 메모리(ReRAM) 소자 제작 및 특성 측정 결과 ; 파장400 nm~700 nm사이에서 평균 가시광선 투과율 ~ 85%, -4.2 ~ +4.2V 동작 전압에서 평균 R_off/R_on비 ~10⁴ 이상, 동작전압 +/-4.2V, Endurance : ~2x10⁴ cycles, Data retention : ~10⁸ s 이상의 메모리 특성 결과 산출하였음.
○ ZnO 산화물 반도체와 절연막(SiO_x)의 이중 다층 구조의 ReRAM 동작원리 규명하였음 : 디지털 스위칭은 ZnO 박막에서 전도 필라멘트 형성과 초절연막(SiO_x)의 weak point에서 SiO₂의 부도체 상(phase)과 Si 나노점 상 사이의 변환으로 설명하였으며, LRS 상태에서 전도 메카니즘은 ZnO 박막 전도 필라멘트와 Si 나노점 사이의 터널링이 직렬로 결합한 전도 채널 모델을 이용하여 설명하였다.
○ 이와 같은 연구 결과는 신기능 투명 비휘발성 메모리 전자소자 기술의 핵심 원천성을 창출하여, 그 응용성을 확보하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
투명 산화물 반도체 비휘발성 메모리 소자는 투명성으로 인하여 미래 첨단 투명 메모리 소자 및 신기능성 투명 IC, RFID의 투명 IT 전자부품, 기능성 창 및 디스플레이 등에 응용 가능성이 높다. 이에 본 연구 결과는 미래 투명 비휘발성 메모리 소자개발에 한 방향을 제시하는 기술적 의미가 있으며, 상용화를 이루었을 경우 큰 경제적 파급효과를 이룰 수 있는 기술적/경제적 중요성도 포함하고 있다. 또한 다층 박막의 각 디지털 상태에서 저항 변화 스위칭 메카니즘과 전하 수송 원리에 대한 연구결과는 기초 학문적 연구 결과 특성을 가지고 있어, 동 분야에서 과학기술의 진보에 긍정적으로 일조하는 의미가 있다.
즉, 투명한 ZnO 박막에 이중의 SiO_x 초박막 층을 삽입한 구조를 저항변화 활성층으로 이용하여 비휘발성 메모리 특성이 향상된 투명 ReRAM 소자 기술은 미래형 정보통신 소자 기술에 원리적으로 응용될 것으로 예상하여, 본 연구 결과의 중요성이 크다고 할 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 1.1 필요성 ... 3
• 1.2 연구자가 수행했던 가설 또는 핵심 제안 ... 4
• 1.3 최종 목표 ... 5
• 1.4 연구 범위 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2.1 1차년도 연구 수행 내용 및 연구 결과 ... 6
• 2.2 2차년도 연구 수행 내용 및 연구 결과 ... 12
• 2.3 3~4차년도 연구 수행 내용 및 연구 결과 ... 16
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 26
• 4. 참고문헌 ... 26
• 5. 연구성과 ... 28
• 끝페이지 ... 30