강유전체 층에 유전체 삽입 층이 있는 강유전체 터널 접합의 온-오프 특성 연구

Abstract

본 논문에서는 기존의 강유전체 터널 접합의 낮은 ON-OFF 전류 비 개선을 위하여 강유전체 내부에 다양한 종류의 유전체를 삽입한 구조의 강유전체 터널 접합 소자 (ferroelectric tunnel junction: FTJ)를 제작하여 전기적 특성을 분석하였다. 그 결과 1 nm 두께의 HfO2 박막을 강유전체 중앙에 삽입한 FTJ에서 가장 높은 ON-OFF 전류 비를 보였으며, 기존의 금속-강유전체-금속 구조 (metal-ferroelectric-metal: MFM)의 HfZrO2 (HZO)기반 강유전체 터널 접합에 비해 향상된 전기적 스트레스 내구성을 보였다. 이에 반해 ZrO2 또는 Al2O3를 강유전체 내부에 1 nm 두께로 적층한 FTJ 소자들의 경우 낮은 ON-OFF 전류 비를 보였다 HfO2에서 가장 높은 ON-OFF 전류 비를 얻은 이유는 잔류 분극 특성을 비교적 온전히 유지하면서도 내부 절연체의 bandgap이 낮아 전류의 흐름을 방해하지 않으며, OFF-state에는 HfO2가 절연체로 동작하여 HZO에 비해 전자가 이동하기 위해 통과해야 하는 tunneling width를 증가시켜 누설 전류가 효과적으로 제어되기 때문이다.