RF 스퍼터링에 의한 CuOx ReRAM 제작 및 특성 분석

Abstract

산화물 반도체는 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 기존의 a-Si에 대 한 대안으로 많은 관심을 받고 있다. IGZO, ZnO와 같은 현재 산업에서 많이 쓰이는 산화물 반도체는 n형 특성을 나타내지만, NiO, CoO와 같이 p형 특성 을 나타내는 산화물 반도체에 대한 연구는 현재도 진행 중이다. 이 중 산화 구리는 저비용, 무독성, 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 p형 산화물 반 도체에 좋은 후보로 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 RF(radio-frequency) magentron 스퍼터링으로 증착된 산 화구리 (CuxO) 박막에 RTA(Rapid Thermal Annealing) 공정을 사용하여 열처리 온도에 따른 상전이를 갖는 산화 구리 박막의 저항성 스위칭 특성을 연구했다. RF 스퍼터링에 의해 증착된 산화 구리 박막은 대기 분위기에서 300℃, 500℃, 700 ℃에서 4분간 어닐링되었으며, 어닐링 온도가 증가함에 따라 Cu2O에서 CuO로 상 전이되는 것을 확인하였다. Au/CuxO/p+-Si 구조 의 저항성 메모리(ReRAM) 소자를 제작하여 CuxO 박막의 저항성 스위칭 특 성을 연구했다. Cu2O ReRAM 소자의 저항성 스위칭 특성은 관찰되지 않았지 만, CuO ReRAM 소자의 저항성 스위칭 특성이 개선된 것을 확인하였다. 500℃ 에서 어닐링된 CuO ReRAM 장치는 8 × 102의 저항성 창, ~100주기의 우 수한 스위칭 내구성, 104초 동안의 데이터 성능 유지, 누적 확률 분포에서 안 정적인 균일성을 보였다. 이러한 성능 차이는 Cu2O 및 CuO 박막의 입자 크 기와 결함 밀도로 설명할 수 있다. 이러한 결과는 RF 스퍼터링된 CuxO 박막 의 우수하고 안정적인 저항성 스위칭 특성이 어닐링 온도 의존 상 변환을 사 용하여 빠른 어닐링 시간으로도 제어될 수 있음을 보여준다.