P3HT/PMMA 물질을 포함한 고분자층을 사용하여 제작한 비휘발성 메모리소자의 전기적 특성에 관한 연구

Abstract

기술이 발전함에 따라서 휴대폰, mp3 Player, PMP, 디지털 카메라 등 휴대용 전자기기들의 수요가 많아지고 있다. 이에 따라서 휴대용 전자기기들의 성능이 대폭 향상되고 있다. 성능 향상의 초점은 초고속, 경량, 고용량 및 저소비전력 등에 맞추어져 있다. 그렇기 때문에 전자기기들의 핵심 기능을 담당하는 반도체 소자들의 성능이 꾸준히 향상되어 왔다. 그 중에서 NAND 플래시 메모리 소자의 발전은 집적도 측면에서 엄청난 기술의 발전을 이룩했다. 하지만 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. 기술의 발전에서 간과하지 말아야 될 사항은 환경문제이다. 환경오염의 심화에 따라 친환경에 대한 관심도는 계속하여 커지고 있다. 아무리 성능이 뛰어나도 환경에 악영향을 끼치는 물질을 사용한 기억소자라면 이는 사용하지 않아야 한다. 전자기기의 개발에 있어 잘 알려진 환경에 관한 제한지침은 유해물질 제한지침(Restriction of Hazardous Substances Directive)이다. 이 지침은 유럽연합(EU)에서 시행되며 해로운 물질을 사용한 전자제품이나, 전기기기를 제한하는 지침이다. 본 연구에 사용되는 P3HT/PMMA의 경우 RoHS에서 제한하는 유해물질을 포함하지 않는다. 본 연구에서는 기존 메모리 소자의 문제점을 해결하기 위한 메모리로써 고분자 메모리 (PoRAM : Polymer Random Access Memory)를 제시하였다. P3HT 나노입자를 포함한 PMMA 고분자 박막을 ITO가 코팅된 PET 기판 위에 스핀 코팅 방법을 이용하여 제작하였고 PoRAM 소자에서 저항 변화 층으로 사용하여 메모리 소자를 제작하였다. 박막의 두께는 합성용액의 농도와 스핀 코팅의 회전 속도를 제어하여 조절 할 수 있고, 스핀 코팅 공정을 통해 제작 하기 때문에 간단하고 저렴한 제작이 가능하다. PoRAM 소자는 전류-전압 (I-V) 특성을 측정하여 메모리 특성 및 전하 전송 메커니즘을 분석하였다. 전류-전압 특성에서 쌍안정성이 나타남을 확인 할 수 있고, P3HT 나노입자가 없는 소자와 P3HT 나노입자를 포함하는 소자의 I-V 곡선을 비교한 결과 P3HT 나노입자가 존재하지 않는 소자에서는 메모리 특성이 나타나지 않는 것으로 보아 메모리 특성을 나타내는 데에 P3HT 나노입자가 저장 영역으로서 중요한 역할을 하는 것으로 분석되었다. 전류-전압 곡선을 기초로 한 기억 메커니즘 분석 결과 열방출 특성, Ohmic 특성, 공간 제한 전류 특성, FN터널링의 메커니즘에 의하여 전하 전송이 이루어지는 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 있고RoHS에 저촉되지 않는 소자 제작이 가능함을 보여준다. 또한 기억 메커니즘을 분석함으로써 기억소자의 동작원리를 이해하여 기억소자의 신뢰성을 높일 수 있는 가능성을 보여주었다.