poly(methylmethacrylate) 폴리머 완충층이 포함된 poly(3,4-ethylene-dioxythiophene):poly(styrenesulfonate) 유기물층을 사용한 비휘발성 기억 소자 관한 연구

Abstract

기술이 발전함에 따라서 디지털 카메라, mp3 Player, PMP, 휴대폰 등 휴대용 전자기기들의 수요가 많아지고 있다. 이에 따라서 휴대용 전자기기들의 성능이 대폭 향상되고 있다. 그리고 초고속, 경량, 고용량 및 저소비전력 등에 성능 향상의 초점이 맞추어져 있다. 그렇기 때문에 전자기기들의 핵심 기능을 담당하는 반도체 소자들의 성능이 꾸준한 향상이 요구되어 왔다. 그 중에서 NAND 플래시 메모리 소자의 발전은 집적도 측면에서 엄청난 기술의 발전을 이룩했지만 집적도를 더욱 더 높이고자 할 때 생기는 문제점과 높은 소비전력은 기술적 한계를 보이게 된다. 이러한 문제점은 플래시 메모리뿐만 아니라 기존의 메모리 소자가 가지고 있는 공통된 과제이다. 그의 대한 해결책의 하나로 차세대 비휘발성 메모리에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존의 메모리 소자에서 제기되어온 안정성과 재현성 문제를 해결하기 위한 고분자 메모리 (PoRAM : Polymer Random Access Memory)를 제시하였다. poly(methyl methacrylate) (PMMA) 버퍼층을 포함한 poly(3,4-ethylene-dioxythiophene) : poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) 고분자 박막을 트랩층으로 사용하는 메모리를 제시하고 그 안정성과 재현성에 대해서 분석을 진행하였다. PMMA 버퍼층을 포함한 PEDOT:PSS 고분자 박막을 ITO가 코팅된 PET 기판 위에 스핀 코팅 방법을 이용하여 제작하였고 PoRAM 소자에서 저항 변화 층으로 사용하여 메모리 소자를 제작하였다. 스핀코팅이라는 간단한 공정을 이용하여 제작을 하였기 때문에 저렴한 공정비용에 유리한 구조이다. 제작한 PoRAM 소자의 전류-전압 (I-V) 특성을 측정하여 쌍안정성이 나타나는 메모리 특성을 확인하고 retention 측정을 통하여 전하유지 능력을 평가하였다. PMMA 버퍼층이 없는 소자와 PMMA 버퍼층을 포함하는 소자의 I-V 곡선을 비교한 결과 PMMA 버퍼층을 포함한 PEDOT:PSS고분자 박막을 사용한 메모리가 좀더 안정적인 메모리특성이 나타났다. 이에 PMMA 버퍼층이 PEDOT:PSS 고분자가 저장 영역으로서의 효율을 높여주는 역할을 하는 것으로 분석되었다. 이러한 결과들은 고분자 물질의 간단한 스핀 코팅 공정을 통해 박막 형태로 제작한 메모리 소자가 차세대 비휘발성 메모리 소자로써 활용이 가능하며, 간단하고 저가의 공정을 통해 공정 시간과 비용을 단축할 수 있는 소자 제작이 가능함을 보여준다. 또한 기억 메커니즘을 분석함으로써 기억소자의 동작원리를 이해하여 기억소자의 신뢰성을 높일 수 있는 가능성을 보여주었다.