탄소 나노 튜브를 포함한 PVP층을 사용하여 제작된 비휘발성 메모리 소자의 전하 수송 성질에 관한 연구

Abstract

아직까지 CNT 분산을 위한 다양한 실험들이 행해지고 있어 개연성에 문제가 있을 여지가 있지만 유기 용제에 녹여 사용할 수 있는 CNT의 특성을 최대한 활용하여 용매인 Toluene에 CNT을 분산시키고 이를 스핀 코팅을 통해 박막 형태의 층을 형성할 수 있기 때문에 제작 공정이 기존의 무기물을 사용한 플래시 기억 소자에 비해 훨씬 간단하며 따라서 제작 비용과 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 소자를 제작함에 있어 스핀 코팅의 회전수 및 회전 시간을 조절하여 형성되는 CNT 층의 두께를 간단하게 변화시킬 수 있으며 용매 안에 분산되어 있는 CNT의 농도를 쉽게 변화시킬 수 있다. 이와 같이 CNT 층의 형성 조건이 쉽고 변화가 용이하기 때문에 소자의 기억 특성 및 구동 특성을 외부 조건에 맞추어 쉽게 최적화 시킬 수 있다. 그리고 CNT 자체 만으로 박막이 형성되므로 박막 형성에 있어 CNT를 고정시키기 위한 별도의 고분자가 필요하지 않기 때문에 공정 과정이 한결 간단해 진다. 따라서 공정 비용의 절감과 공정 과정의 단축을 통해 소자의 생산 비용을 줄일 수 있으며 제작된 소자의 재현성과 신뢰성을 높일 수 있다.; Carbon nanotubes (CNTs) have attracted the attention of researchers in the recent years because of their remarkable unique structure and extraordinary physical properties. A number of nanoelectronic devices have been realized with CNTs such as field effect transistors and solar cells. However, relatively little work have been studied memory devices using electron trapping site directly. So we have studied CNTs as electron trapping site, which are dispersed in an insulating polymer as a matrix. This paper reports data for the memory effect by CNTs and the affect for CNTs concentrations on the flat-band voltage shift of nonvolatile memory devices with a PVP and CNTs active layer. The hybrid active layers used in this study consisted of the poly-4-vinyl-phenol (PVP) insulating polymer and the CNTs composites. The PVP is dissolved in an isopropyl alcohol solution. CNTs are dissolved in a toluene solution. And we are using a high-power ultrasonic probe for dispersing of CNTs and PVP. An uniform solution of the PVP and the CNTs (5 wt%, 10wt% of CNTs) is synthesized and spin-coated on p-Si(100) substrates. The capacitances-voltage (C-V) data for Al/PVP and CNTs composites/p-Si (100) structures shows a metal-insulator-semiconductor (MIS) behavior with a large flat-band voltage, as shown in Fig. 1. The C-V data on the MIS structures containing a PVP and CNTs active layer clearly shows hysteresis while the C-V data on the device without CNTs disappears the hysteresis. It indicates the CNTs acting as the charge storage site. The magnitude of the flat-band voltage shift for the C-V curves increases with increasing CNTs concentration as shown in Fig. 2. Therefore the memory storage magnitude corresponding to the width of the flat-band voltage can be controlled by changing CNTs concentration in the PVP insulating layer. It is fabricated the Al/hybrid PVP and CNTs composites/SiO2 p-type Si(100) structure easily by spin coating. The C-V curves at room temperatures showed a MIS behavior with a large flat-band voltage shift due to the existence of the CNTs. The magnitude of the flat-band voltage for the memory devices with active layer consisting of the PVP and CNTs increased with increasing CNTs concentration. These results indicate that organic memory device based on the PVP and CNTs the charge injection and the retention occurs in CNTs molecules, so we are expected PVP and CNTs composite devices for potential in next-generation nonvolatile polymer memory devices.