Ag 나노입자를 포함한 PMMA층을 사용하여 만들어진 비휘발성 메모리 소자의 전기적 성질에 관한 연구

Abstract

기술이 발전함에 따라서 휴대폰, MP3P, 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. 본 연구에서는 기존 메모리 소자의 문제점을 해결하기 위한 메모리로써 나노 플로팅 게이트 메모리 (NFGM: Nano Floating Gate Memory)와 고분자 메모리 (PoRAM : Polymer Random Access Memory)를 제시하였다. 화학환원법으로 제작된 Ag 나노입자를 포함한 PMMA 고분자 박막을 스핀 코팅 방법으로 증착하여 NFGM 소자에서는 플로팅 게이트로 사용하였으며, PoRAM 소자에서는 저항 변화층으로 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. NFGM 소자의 정전용량-전압 특성을 측정하여 메모리 특성과 메커니즘을 분석한 결과 정전용량-전압 곡선의 이력현상이 시계방향으로 일어나고 평탄 전압의 이동이 음의 전압 방향으로 일어나는 것으로 보아 정공이 Ag 나노입자에 트랩 되어 메모리 효과를 보이는 것으로 분석되었다. PoRAM 소자는 전류-전압 특성을 측정하여 메모리 특성 및 전하 전송 메커니즘을 분석 하였다. Ag 나노입자가 없는 소자와 Ag 나노입자를 포함하는 소자의 전류-전압 곡선을 비교한 결과 Ag 나노입자가 존재하지 않는 소자에서는 메모리 특성이 나타나지 않는 것으로 보아 Ag 나노입자가 저장 영역으로써 중요한 역할을 하기 때문에 메모리 특성이 나타난 것으로 분석된다. 전류-전압 곡선을 기초로 한 메모리 메커니즘 분석 결과 Ohmic 특성, 공간 전하 제한 전류 특성, 열방출 특성의 메커니즘에 의해 전하 전송이 이루어 지는 것으로 분석되었다. 이러한 결과들은 고분자 물질의 간단한 스핀 코팅 공정을 통해 박막 형태로 제작한 메모리 소자가 차세대 비휘발성 메모리 소자로써 응용이 가능하며, 간단하고 저가의 공정을 통해 공정 시간과 비용을 단축할 수 있는 장점을 보여준다. 또한 메모리 메커니즘과 전하 전송 메커니즘 분석을 통해 고분자 물질을 이용한 차세대 비휘발성 메모리 소자의 신뢰성을 높일 수 있는 가능성을 보여주었다.