타이타늄 와이어와 이산화타이타늄 나노복합체 기반 멤리스터 소자의 전기적 특성에 대한 연구

Abstract

4차 산업혁명의 시대에 접어들면서 지속적인 첨단기술의 발전으로 인해 메모리 반도체의 수요는 급격히 증가했다. 특히 정보통신 기술의 발전으로 인해 기존의 전자부품에서 나아가 인공지능(AI), 서버용 데이터 클라우드 센터 등에 대한 저장매체의 수요가 더더욱 증가하였다. 증가한 저장매체의 수요는 Dynamic Random Access Memory(DRAM), NAND Flash Memory 등의 메모리 반도체 도약에 기여했고 지금까지 전자기기의 소형화로 대표되는 발전에 막대한 영향을 주었다. 하지만 4차 산업혁명의 시대에 나날이 급격하게 늘어나는 데이터에 대한 수요를 충당하기 위해 미세공정의 한계를 맞은 메모리 반도체 대신에 단순한 구조를 가지며 더 나은 성능을 지닌 차세대 메모리 반도체에 대한 연구가 각광받고 있다. 차세대 메모리 소자는 높은 유연성과 응답성, 낮은 소모 전력값을 가지고, 비교적 단순한 단위 공정을 통해 소자의 결함은 줄이고 공정상의 비용을 더 낮출 수 있는 특징을 가지며 이는 PCRAM, FeRAM, MRAM, STT-MRAM, PoRAM, ReRAM 등 차세대 메모리 소자에 대한 각계의 활발한 연구 증가로 이어지고 있다. 본 연구에서는 금속 산화물 titanium 기반의 나노복합체를 사용하여 MIM 구조로 차세대 메모리 중 하나인 ReRAM 소자를 제작하였다. 티타늄 와이어에 가하는 전압에 따라 전기화학적 양극산화정도가 바뀌어 성장한 TiO2의 구조의 변화에 따른 문턱전압 변화를 관찰하였다. 하부전극으로는 기판이자 TiO2의 성장층인 Ti을 사용하였으며 상부전극인 Ag는 Thermal evaporator를 사용하여 증착하였다. 이 연구에서는 멤리스터로 주로 활용되는 titanium dioxide를 기상증착법 대신 양극산화를 통해 성장시키고 성장 구조에 따른 메모리 성능의 변화를 관찰하였다. 제작된 Ti/TiO2/Ag 소자는 104정도의 On/Off ratio를 가졌고 소자의 신뢰성 평가인 Retention 측정에서 104초정도를 보였다. 결과적으로 기상증착법외에도 전기화학적 양극산화를 통한 TiO2로도 RRAM소자를 구현하여 기존 메모리를 대체하거나 보완하며 기존의 메모리가 갖는 구조적 한계를 개선한다는 면에서 의미를 갖는다.