초록 ▼

연구개요
- 최근 실시간 communication, Internet of Things (IoT), 인공지능 (artificial intelligence) 등으로 인해 데이터 사용량이 매년 61%씩 폭발적으로 증가하고 있음. DRAM의 데이터 저장 용량 및 Flash 동작 속도의 단점으로 인해 CPU/DRAM/Flash 형태의 단계를 거치는 구조는 연산의 효율성이 떨어지기 때문에 데이터 처리 효율 향상을 위한 방안이 요구됨.
- 연산의 효율성 향상을 위해 DRAM처럼 빠른 동작 속도를 가지면서 Flash처럼 저장 용량이

연구개요
- 최근 실시간 communication, Internet of Things (IoT), 인공지능 (artificial intelligence) 등으로 인해 데이터 사용량이 매년 61%씩 폭발적으로 증가하고 있음. DRAM의 데이터 저장 용량 및 Flash 동작 속도의 단점으로 인해 CPU/DRAM/Flash 형태의 단계를 거치는 구조는 연산의 효율성이 떨어지기 때문에 데이터 처리 효율 향상을 위한 방안이 요구됨.
- 연산의 효율성 향상을 위해 DRAM처럼 빠른 동작 속도를 가지면서 Flash처럼 저장 용량이 크고 전원이 없어도 데이터를 저장할 수 있는 새로운 메모리 연구가 필요함. 이러한 메모리가 개발되면 DRAM과 Flash를 통합하여 하나의 메모리로 사용할 수 있어 연산 속도를 증가시킬 수 있음.
- 차세대 메모리 소자들은 저항변화 현상에 기반하여 데이터를 저장함. 각 데이터 셀을 program/read 하기 위해서는 고속 동작하는 2-terminal switching 소자가 메모리 셀마다 필요함. 프로그래밍 시 메모리 셀 저항 상태 변화를 위한 충분한 에너지 공급을 위해 switching 소자가 많은 전류(>10MA/cm2)를 흘려줄 수 있어야 함. 이러한 2단자 switching 소자는 향후 인간의 신경계를 모방하여 연산하는 neuromorphic 응용 소자 구동에도 필요하여 threshold switching 소자용 소재 및 스위칭 메커니즘에 대해 연구함.

연구 목표대비 연구결과
- 본 연구에서는 Sb-Te 물질 기반 threshold switching 현상 유도를 위해 Sb-Te 물질에 Ga-N 물질을 도핑한 Ga-N-Sb-Te(Se) 물질 시스템을 threshold switching 소재로 발굴하고, 이 소재를 이용한 소자의 threshold switching 특성 및 그 메커니즘에 대해 해석하고자 함. 이를 위해 Ga-N-Sb-Te(Se) switching 물질의 원자간의 결합 등의 특성 분석을 통해 threshold switching 현상을 성공적으로 유도하고 해석하였음. 이를 통해 소기의 연구 목표를 달성하였음.
- Sb-Te 물질에 Ga-N을 도핑하여 Ga-N-Sb-Te(Se) switching 박막을 co-sputtering 공정으로 증착하고 TiN(W)/Ga-N-Sb-Te(Se)/TiN(W) 구조의 2단자 소자를 제작하여 threshold switching 현상을 성공적으로 유도하였음.
- XPS 분석, pulse 측정 등을 통한 박막 특성에 따른 threshold switching 특성 분석, 물질 및 조성에 따른 bandgap, trap state 측정을 통해 threshold switching 현상과의 연관 관계 파악 및 메커니즘을 분석하였음.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 본 연구를 통해 새로운 switching 소재를 탐색하고, 소자 동작 메커니즘을 확립하여 switching 신물질 활용성을 증가시킬 수 있음. 또한 toxic element-free 물질 개발을 통해 environmental-friendly 물질로 활용할 수 있음. 또한 PcRAM, ReRAM 등 차세대 메모리 선택 소자로 활용할 수 있고 향후 뉴로모픽 소자에도 활용할 수 있음. 반도체 공정에서 사용가능한 공정사용으로 소자 응용성 확보가 가능함.
- Threshold switching 동작의 물리적 메커니즘이 확립되지 않은 상황에서 switching 메커니즘 확립을 통해 threshold switching 현상 이해 및 물리학 발전에 기여할 수 있고 이와 함께 threshold switching 신물질 확보가 기대됨. 전세계적으로 경쟁이 치열한 반도체 산업에서 우리나라 경쟁력 확보에 기여하고 관련 전문 인력 양성에도 기여할 수 있을 것으로 생각됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 7
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 9
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 9
• 6. 자체점검표 ... 10
• 7. 참고문헌 ... 10
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 13
• 끝페이지 ... 25