ZIF-8:PVP 나노복합체 기반의 멤리스티브 소자의 전기적 특성에 관한 연구

Abstract

4차 산업혁명 시대의 도래로 지속적인 기술개발이 이루어져 왔으며 이에 맞추어 메모리 반도체 수요는 급격히 증가했다. 이러한 현상의 원인은 전자, 정보통신 산업의 발전으로 기존의 전자부품에서 더욱 발전한 사물 인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터(Big Data) 등과 같은 제품을 구성하는 저장매체의 수요가 증가함에 있다. 이러한 저장매체의 수요 증가 현상은 DRAM, NAND Flash Memory 와 같은 메모리 반도체의 기술발달에 영향을 주었으며 현재까지도 전자기기의 발전에 막대한 영향을 주고 있다. 하지만 4차 산업혁명의 시대가 가속화가 이루어지는 가운데에 급격히 증가하는 데이터 수요를 충족하는 데에는 기존의 메모리 반도체는 집적화, 미세공정 등의 이유로 한계에 접어들고 있다. 이를 대비하기위해 간단한 구조를 가지면서도 고성능을 가진 차세대 메모리 반도체 소자에 대한 연구가 진행되고 있다. 차세대 메모리 소자는 빠른 응답속도, 저전력 소모, 유연성, 그리고 공정 단순화 등의 특징을 가지며 대표적으로 PCRAM, STT-MRAM, FeRAM, ReRAM 등이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 MOF의 대표 물질인 ZIF-8와 고분자인 PVP 기반의 나노복합체를 활용하여 차세대 메모리 소자 중 하나인 ReRAM을 제작하였다. 비교적 단순한 용액 공정을 이용하여 ZIF-8:PVP 나노복합체를 합성하였으며 스핀코팅, 열증착 공정을 적용하여 소자를 제작하였다. 이 연구에서는 PVP 내부에 ZIF-8 나노입자가 포함된 경우와 그렇지 않은 경우에 대한 전기적 특성에 대해 조사하였으며 ZIF-8 입자가 포함된 ReRAM 소자가 안정적인 저항 변화 특성을 보이는 것을 확인하였다. 결과적으로 MOF와 폴리머 나노복합체 기반의 ReRAM을 구현함으로써 기존의 메모리 소자가 갖는 구조적 한계를 개선한다는 면에서 의미를 갖는다.|With the advent of the 4th industrial revolution era, continuous technology development has been made, and the demand for memory semiconductors has rapidly increased accordingly. The cause of this phenomenon is an increase in the demand for storage media constituting products such as the Internet of Things (IoT), artificial intelligence (AI), and Big Data, which have been further developed from the existing electronic components due to the development of the electronics and information and communication industries. is in the This increase in demand for storage media has had an impact on the technology development of memory semiconductors such as DRAM and NAND Flash Memory, and continues to have a huge impact on the development of electronic devices to this day. However, in the midst of accelerating the era of the 4th industrial revolution, existing memory semiconductors are reaching their limits in meeting the rapidly increasing data demand due to reasons of integration and microprocessing. To prepare for this, research on a next-generation memory semiconductor device having a simple structure and high performance is being conducted. Next-generation memory devices have characteristics such as fast response speed, low power consumption, flexibility, and process simplification, and representatively, PCRAM, STT-MRAM, FeRAM, and ReRAM are being actively studied. In this study, one of the next-generation memory devices, ReRAM, was fabricated using a nanocomposite based on ZIF-8, a representative material of MOF, and a polymer, PVP. A ZIF-8:PVP nanocomposite was synthesized using a relatively simple solution process, and a device was fabricated by applying spin coating and thermal evaporation processes. In this study, the electrical characteristics of the case where ZIF-8 nanoparticles were included in the PVP were investigated and it was confirmed that the ReRAM device containing ZIF-8 particles showed stable resistance change characteristics. As a result, the implementation of MOF and polymer nanocomposite-based ReRAM is meaningful in that it improves the structural limitations of existing memory device.