친환경 agarose @ Au nanoparticles 나노복합체 기반 멤리스터 소자의 전기적 특성에 대한 연구

Abstract

Memristive devices based on biopolymers have attracted great interest because of their excellent advantages of having low cost, biocompatible, properties and flexibility. In this study, the memristive devices were formed an active layer by using a spin coating method utilizing an agarose solution on the indium-tin-oxide (ITO) coated polyethylene glycol naphthalate (PEN). Then an Al layer acting as a top electrode was evaporated. The current-voltage (I-V) results for the Al / Agar@AuNPs / ITO / PEN structure devices showed threshold switching characteristics with an On/Off ratio of 3 x 104. The number of endurance cycles was above 100 cycles under both the flat and the maximum bending conditions. The memory retention time of the memristive devices containing an agarose layer was longer than 1 x 104 s. Furthermore, the possible operating mechanisms of devices are described on the basis of the experimental electrical results. |첨단기술의 발전에 따라 4차 산업혁명의 시대에 접어들면서 스마트폰과 같은 전자 장비는 필수품이 되었다. 특히 사물 인터넷(IoT), 빅데이터에 따른 서버용 클라우드, 인공지능(AI), 자율 주행의 신기술이 등장과 함께 실시간으로 처리해야 하는 데이터는 급격히 증가하고 있다. 이러한 데이터를 활용하기 위해 반도체 산업 더욱더 빠르게 성장하고 있다. 데이터를 빠르게 처리하기 위해서는 반도체의 고 집적화, 고성능화, 저 전력화가 필요하며, 삼성전자와 SK 하이닉스는 메모리 반도체 기술을 TSMC는 시스템 반도체 기술을 향상하며 그 경쟁력을 유지하고 있다. 하지만 1nm 이하로 작아지는 미세 공정의 한계로 단순한 구조를 가지며 기존의 반도체와 같거나 더 뛰어난 성능을 갖는 차세대 메모리 반도체에 대한 연구가 진행되고 있다. 차세대 메모리 반도체는 높은 유연성과 낮은 소모 전력 값을 갖고 있으며, 기존의 메모리 반도체보다 단순한 공정을 통해 공정상의 비용을 절약 할 수 있는 장점이 있다. 그렇기 때문에 PCRAM, FeRAM, STT-MRAM, ReRAM 과 같은 차세대 메모리 반도체 소자가 주목받고 있으며 그에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 ReRAM은 고 집적화, 저 전력 구동과 함께 유기물을 활성층으로 사용할 경우 유연성과 같은 장점이 있는 비휘발성 메모리 반도체 소자이다. 따라서 인체에 직접 적용할 수 있는 웨어러블 소자로의 확장이 가능하다. 본 논문에서는 안전한 웨어러블 소자의 제작을 위해 인체에 해가 없으며 생분해성을 가진 agarose를 기반으로 소자를 제작하였으며 그 특성을 연구하였다. 하부전극으로는 기판인 ITO/PEN을 이용하였으며 상부전극인 Al은 Thermal evaporator를 이용한 PVD 방법으로 증착하였다. 이처럼 제작된 소자는 Au nanoparticles 과의 나노복합체를 형성하여 안정성을 입증하였다. 1,000번의 플렉서블 테스트를 통하여 웨어러블 소자로의 확장이 가능함을 보였다. 결과적으로 agarose를 이용해 인체에 무해하며 생분해성이 있는 ReRAM 소자를 제작하였으며 향후 그 성능과 양산공정을 극대화하는 연구가 진행될 수 있는 것에 의미를 지닌다.