전이금속산화물을 이용한 가변저항 소자에 관한 연구

Abstract

최근 10 nm이하의 고집적화 된 메모리 소자로 인해 기존에는 크게 문제되지 않았던 터널링으로 인한 누설 전류와 같은 물리적인 문제들이 발생하였다. 이에 재료에 대한 연구와 함께 차세대 메모리에 대한 연구의 중요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 차세대 메모리 소자 중 하나인 가변저항 소자 (ReRAM; Resistive Random Access Memory)의 여러 메커니즘 중 Non-filamentary WOX와 Mott 전이 물질 VO2에 대한 실험방법 및 개선된 특성과 원리에 대해 실시되었다. 산소의 공공이 물리적으로 많이 발생할 수 있는 WO3을 이용해 산소가 결손된 WOX 소자를 제작하여 가변저항 소자를 제작했다. 기존의 Filamentary의 원리가 아닌 Non-filamentary 원리로서 별도의 filament를 형성하는 forming 공정 없이 hopping을 이용한 간편한 소자이다. 단순한 Pt/WOX/Au의 구조임에도 불구하고 약 105배의 높은 on/off ratio, 낮은 0.34 이하의 set voltage, 그리고 상온 1,500회에 이르는 균일한 DC cycle 성능을 제공한다. Mott 전이를 이용한 VO2의 가변저항 소자를 제작함에 있어서, 기존에 많이 연구되었던 단일상의 VO2 증착은 열역학적으로 쉬운 일이 아니기에 이중층의 혼합상 VOX 박막을 제작함으로써 누설 전류를 억제하는 상부층과 cycle 특성을 지니는 하부층으로 나눈 Pt/VOX/Pt의 MIM 구조 소자를 만들었다. 상온에서 표준 편차 5% 미만의 균일한 DC cycle 성능을 제공한다. 또한 최대 120 cycle동안 이러한 특성이 유지되며 3 V 미만의 상대적 저전력으로 구동이 되는 장점이 있다. 이러한 이중층 구조는 on/off ratio가 200배에 도달하기에, 추후 신경모방소자 및 메모리 소자 응용에 적용 가능을 기대한다.