Au nanocrystal 분산을 통한 고분자 비휘발성 메모리의 구현에 관한 연구

Abstract

최근, 점차 물리적 한계에 다다르고 있는 플래시 메모리를 대체할 많은 차세대 비휘발성 메모리 소자 중 비교적 간단한 공정과 낮은 제작비용 그리고 높은 집적도의 장점을 가지는 고분자 (polymer) 비휘발성 메모리 소자의 연구가 활발히 진행 되고 있다[1-4]. 고분자 비휘발성 메모리의 메모리 동작은 물질의 전기적 쌍안정성 (bistability)에 기인한다. 전기적 쌍안정성이란 동일한 전압에서 두 가지의 저항 상태를 가지는 특성을 말한다. 이러한 전기적 쌍안정성은 Simmons-Verderber (SV)모델, 필라멘트 모델, 전기적 산화와 환원 등 여러 가지 모델에 의해 설명된다. 많은 연구에서 나노크리스탈을 (nanocrystal)사용한 소자에서 전기적 쌍안정성이 발견 되었다[5-16]. 이와 같은 소자에 대한 연구를 위해, 본 연구에서는 고분자 소재인 Poly Styrene (PS)와 화학적 합성을 통하여 제작된 Au 나노크리스탈을 PS내에 분산함으로써 비휘발성 메모리 특성을 구현하였다. 특히 PS를 모재로 PS 내에 분산된 Au 나노크리스탈의 농도에 따른 소자의 전기적 특성을 분석 하였고 실험을 통하여 볼 때 PS내에 분산된 Au 나노크리스탈의 농도는 전기적 쌍안정성에 중요한 요인으로 판단되며 이 전기적 쌍안정성은 비휘발성 메모리 거동을 위한 필수 요소로 판단된다.; Recently, organic devices have been proposed as a nonvolatile memory-cell with terra-bit-level integration density because they have demonstrated the possibility of bistable switching characteristics, the smallest device feature size of 4F2, and fast access and store time of ∼10 ns, and the lowest production cost because of simple device structure. The memory phenomenon in these devices is based on the electrical bistability of the material which has two resistance states at same voltage. The Simmons-Verderber (SV)model, Filament formation, electro-reduction model have been used to explain such a electrical bistability. And nonvolatile memory devices that use discrete nanocrystals as charge storage sites and exhibit bistability have also been reported. We have fabricated with sandwich structure of Al / PS + Au nanocrystals / Al. Au nanocrystals were prepared via chemical synthesis and mixed with polystyrene (PS), concentration of Au nanocrystals were measured by UV visible spectroscopy. In this paper, we investigated the optimal synthesis condition of Au nanocrystals and optimal Au nanocrystal concentration for nonvolatile memory behavior. Through the electrical measurement and high-resolution cross-sectional transmission electron microscopy (TEM), we showed that the nonvolatile memory behavior depends on the Au nanocrystal concentration. The device fabricated with Au nanocrystal concentration of 0.4 UV absorbance at 513 nm wave length showed a stable non-volatile memory parameters such as Vth, Vp, Ve, and NDR and enough bistability of ～1x102, due to the uniform distribution of monolayered Au nanocrystals. However, the device fabricated with Au nanocrystal concentration of 0.8, 1.2 UV absorbance at 513 nm wave length showed none of bistability. Thus, it is evident that the inserted Au nanocrystals concentration is a critical parameter to determine a bistability for the device fabricated with Au nanocrystal embedded in PS.