고 유전물질을 절연체 박막으로 적용한 금속-강유전체-절연체-금속 구조의 강유전체 터널링 접합 특성 분석

Abstract

본 연구에서는 향상된 tunneling electro-resistance (TER) ratio를 구현하기 위해 high-k 물질을 절연체 박막으로 적용한 금속-강유전체-절연막-금속(metal-ferroelectric-insulator-metal: MFIM) 구조의 ferroelectric tunnel junction (FTJ) 소자를 제작 후 측정 및 분석하였다. High-k 물질로는 HfO2와 ZrO2를, 강유전체 박막으로는 Hf과 Zr이 약 1:1 비율로 구성된 Hf0.5Zr0.5O2 산화막을 활용했다. 그 결과, erase 전류는 절연막의 종류와 상관없이 일정한 반면, write 전류는 절연막의 유전율에 비례하는 경향을 보였다. 그 이유로는 물질별로 절연막과 Hf0.5Zr0.5O2가 이루는 band offset이 상이하고 유전율의 차이가 잔류 분극 (remnant polarization: Pr)에 영향을 미치기 때문이다. 결과적으로, FTJ의 on/off 성능을 나타내는 TER ratio가 대조군인 Al2O3 대비, ZrO2일 때 3.9배 그리고 HfO2의 경우 2.2배 향상된 성능을 보였다.