열처리 방법으로 형성된 Au Nanocrystal을 이용한 비휘발성메모리에서 터널링 베리어가 메모리 특성에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

현재 널리 사용되고 있는 메모리 소자 중 DRAM은 휘발성 메모리 소자라는 치명적인 단점을, 비휘발성 메모리 소자인 NAND 플래쉬 메모리는 tunneling oxide 신뢰성 및 cell 간 잡음, 저전압 동작의 한계 등으로 인하여 집적도 향상에 있어서 한계를 맞이하고 있다는 단점을 가지고 있다. 그로인해, 이러한 물리적, 전기적 문제의 한계를 극복 할 수 있으며, 향후 현재의 플래쉬 메모리를 대체할 수 있는 새로운 개념의 신기능성 메모리 소자 개발이 요구되고 있다. PoRAM은 10ns이하 고속 동작이 가능하고 제조 공정이 간단하므로 차세대 비휘발성 메모리 소자 중 유력한 메모리중 하나로 알려져 있다. 현재의 Flash 메모리가 가진 물리적 전기적 문제점의 한계를 극복 할 수 있으며, 향후 현재의 Flash 메모리를 대체할 수 있을 것이라 생각된다. 차세대 비휘발성 유기메모리에서 PoRAM 중 메모리 특성을 얻기 위해 polymer 사이에 Au nanocrystal이 장착된 memory cell을 연구하였다. 하지만 이와 같은 메모리 셀의 endurance 특성이 불안정 하여 이를 개선시키기 위한 여러 가지 방안 중 Au nanocrystal에 tunneling barrier를 형성하여, 메모리 특성에 미치는 영향에 대해 중점적으로 연구하였다. 소자 구조는 tunneling barrier에 둘러싸여 있는 Au nanocrystal을 포함하고 있는 PVK(Poly-n-vinyl carbazole) 층을 bottom과 top electrode 사이에 제작하였다. 특히 PVK 층 안에 Au nanocrystal을 둘러싸고 있는 여러 tunneling barrier에 대해 300℃에서 2시간동안의 curing 공정을 통해 어떤 변화가 있는지에 대해 분석하였다. tunneling barrier(Al2O3)를 포함하지 않은 소자의 경우에 1.9×102의 on/ off의 memory margin, 1×105 미만의 retention time, 상대적으로 적은 endurance cycle을 보입니다. 하지만 tunneling barrier를 포함한 소자의 경우에는 7.2×102의 on/ off memory margin, 1×105 이상의 안정적인 retention time, 100번 이상의 endurance cycle을 보인다. 이밖에도 SiO2, TiO2 등의 tunneling barrier에 대해서도 연구하였으나 개선된 특성을 얻지 못하였다. XPS분석을 통해서 Al2O3의 경우에는 PVK와 tunneling barrier간의 interface가 curing 공정을 통해 개선된 반면, SiO2, TiO2는 그렇지 못하였다. 따라서, Al2O3는 barrier로서의 역할도 하고 interface를 개선시키므로 인해 메모리로서의 특성을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.