Polyimide:mica 기반의 나노시트와 나노복합체를 이용한 멤리스티브 플렉서블 소자 연구

Abstract

지속적인 산업기술의 발전으로 4차 산업혁명의 시대에 접어들면서 메모리 반도체의 수요는 비약적으로 증가했다. 이러한 이유는 정보통신 기술의 발전으로 기존의 전자기기에서 나아가 인공지능(AI), 사물 인터넷(IoT) 등에 대한 저장매체 수요가 나날이 증가하기 때문이다. 증가된 소비는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 Flash Memory 등의 메모리 반도체의 발전을 가져왔고 지금까지 전자산업 발전에 막대한 영향을 주었다. 하지만 4차 산업혁명의 시대에 매년 무서운 속도로 증가하는 데이터양을 감당하기에는 기존의 메모리 반도체는 한계라는 분석이 지배적이며 최근 미세공정의 한계로 인해 간단한 구조를 가지며 좋은 성능을 지닌 차세대 메모리 반도체에 대한 연구에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 차세대 메모리 소자는 낮은 가격, 저전력, 유연성 그리고 공정 단위를 줄여 소자의 결함을 현저히 줄일 수 있는 특징을 가지며 이는 PRAM, FRAM, MRAM, STT-MRAM, PoRAM, RRAM 등 차세대 메모리 소자에 대한 연구 증가로 이어지고 있다. 본 연구에서는 고분자(Polyimide; PI)와 mica 기반의 나노복합체를 이용해 차세대 비휘발성 메모리 소자를 제작하였으며 반복되는 플렉서블 실험에서 전기적 특성이 감소하는 문제를 PEDOT:PSS layer를 삽입하여 전기적 특성을 향상시켰다. Mica는 liquid-phase 박리를 통해 2D 형태로 합성하였고 합성된 2D mica와 PI와 혼합하여 나노 복합체를 형성하여 ITO 하부전극 위에 스핀 코팅으로 방법으로 증착하였다. 이 연구에서는 기존의 2D 물질이 가지는 큰 밴드갭 문제를 mica 물질의 레이어 수를 감소시키는 방법으로 감소시켜 ON/OFF Ratio를 증가시켰다. 제작된 Al/PI:mica/PEDOT:PSS/ITO 소자는 우수한 전기적 특성을 증명하였고 안정성, 내구성 테스트인 Endurance, Retention 분석을 통해 소자의 안정성을 보여주었다. 또한 소자의 Bending 상태에서도 메모리 특성이 안정적으로 유지되는 것을 확인하였다. 결과적으로 2D 물질을 사용하여 메모리 소자를 구현하는 점에서 의의를 지니며 향후 기존 메모리 소자가 갖는 한계를 개선함에 큰 의미를 지니고 있다.