ReRAM & 비휘발성 메모리

목차

I. 서 론
1. 차세대 비휘발성 메모리 (non-volatile memory)
1-1. PoRAM (Polymer Random Access Memor)
1-2. PRAM (Phase change random assess memory)
1-3. MRAM (Magnetoresistive random access memory)
1-4. FRAM
1-5. ReRAM
2. 비휘발성 메모리 시장 전망
2-1. 대기업 참여 현황

II. 본 론
1. NiO 물질을 이용한 ReRAM 특성 구현
2. 실험 방법
1-1. R.F Magnetron Reactive Sputtering Deposition
1-2. 전기적 특성 평가 (I-V)
3. 실험 결과 및 분석

III. 결 론

IV. 참고문헌

본문내용

타겟 배면에 자석을 부착하여 전기장에 수직한 자기장을 형상함으로서 전자들의 운동을 타겟 주위로 구속하고 이동경로를 길게 함으로써 스퍼터링 효율을 높이는 것이 마그네트론 스퍼터링의 원리이다.
NiO 박막을 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 의 비를 변화시키면서 Pt 기반위에 증착 시켰으며, 이때 RF 전력은 700W로 하였다. 가스 주입전의 스퍼터 챔버의 진공도는 torr 이하로, 에 대한 유량비를 각각 0%, 1%, 2%, 4% 그리고 6%로 변화시켰다. 타겟 표면의 불순물을 제거하기 위하여 Ar가스 하에 5분간 pre-sputtering 한 후 시료의 두께가 대략 50nm 5nm가 되도록 증착하였다.
1-2. 전기적 특성 평가 (I-V)
NiO 박막의 스위칭 특성을 보기 위해서 혼합가스의 산소비를 0%~6% 로 증착하였다. 이렇게 증착한 박막을 400~700℃ 각각 열처리를 한 후 I-V를 측정하였다. NiO의 밴드갭이 3.7~3.9eV 로 거의 부도체와 같다. 특정 전압 이상에서 갑자기 전류가 흐르는 forming 과정이 발생하고 forming과정 이 끝나게 되면 전류는 전압의 따라 증가하게 된다. 그러다 전류가 급격히 감소하는데 이것은 reset이라고 하고 0 도는 off state라고 한다. 그러다 특정 전압에서 급격하게 전류가 증가하게 되는데 이를 set이라고 하고 1 또는 on state라고 한다.
표 2는 각각 시료들의 I-V를 측정하여 스위칭 발생 여부를 정리하였다.
Oxygen rate
AS
400℃
500℃
600℃
700℃
0%
×
×
×
○
×
1%
×
×
×
×
×
2%
×
×
×
×
×
4%
×
×
×
×
○
6%
△
×
×
×
×
3. 실험 결과 및 분석
대부분의 시료에서 ReRAM의 특성이 보지는 못하였다. 그러나 혼합기체의 대한 산소비율 0%의 600℃ 열처리 상태의 소자의 경우, ReRAM의 특성을 매우 잘 나타내었다. 그래프 1~4은 각각의 상태의 I-V와 전체의 I-V를 나타내어졌다. 그래프 1의 경우 electron forming 으로 1.6V에서 전류가 급격하게 증가하는 상태가 나타났으며, 그래프 2에서 on state에 있던 전류가 약 1.1V에서 갑자기 감소하는 Reset 상태로 on state에서 off state로 넘어가게 된다. Off state(0)에서 계속 흐르는 전류는 약 2.35V에서 Set이 발생 On state(1)로 전환 되었다. 이러한 그래프에서 보면 off state가 대략 1.2V 유지되었음을 알 수 있다.
그래프 5는 혼합기체의 대한 산소의 비율 6%의 AS 상태에서의 그래프로 완전 선형적 그래프는 아니지만, ReRAM 의 특성을 보이지는 못한다.
산소의 비율 4%의 700℃상태에서 그래프 6의 경우 아래와 같은 I-V가 측정되었는데 이는 off state 가 1.4V 유지되는 매우 좋은 상태의 모습을 보였지만, 소자 전체에서 발생되지 못하고 특정 부분에서만 이러한 I-V가 측정됨으로서 여러 다른 요인으로 발생되었음을 짐작할 수 있다.
III. 결 론
전압에 따라 전류가 급격히 감소하는 현상을 NDR(negative differential resistance) ReRAM 물질은 저항이 큰 상태에서 저항이 작은 상태로 전기적 특성이 변화하면서 스위칭 특정을 보이게 된다. 이러한 소자에 인가되는 전압이 증가함에 따라 전류가 위의 곡선을 따라 흐르게 되고 소자에 가해진 전압이 임계값이 되면 저항이 급격하게 증가하는 현상(NDR)이 나타난다. 이후 일정 전압까지는 저항이 큰 상태를 유지하면서 전류가 낮게 흐르게 되고 Vset 전압이 되면 다시 저항이 낮은 상태로 변화하게 된다. 전기 신호가 pulse일 경우, Vreset 과 Vset을 인가하여 저항이 큰 상태와 저항이 작은 상태를 구현 할 수 있다.
이번 실험은 RF Magnetic sputtering 을 이용 하여 박막을 여러 조건 별로 성장하여 그 특성을 I-V 곡선을 이용하여 분석하고 전기적인 특성을 비교하였다. 이로써 NiO 박막을 이용하여 ReRAM을 구현 할 수 있다는 사실을 알 수 있는 실험이었다.
이번 실험은 NiO를 이용하여 ReRAM 소자 가능성을 보았지만, 향추 ReRAM이 차세대 비휘발성 기억소자의 대안이 되기 위해서는 여러 저항 변화 물질에 대한 폭넓고 싶은 연구를 통해 저항 변화 원리에 대한 궁극적인 이해와 소자 동작 특성에 대한 순석이 수행될 것이며, 이를 바탕으로 고집적화를 통한 핵심 비휘발성 메모리 소자로서의 기능성을 확인해야 할 것이다. 특히 ReRAM은 간단한 구조, 나노 크기 소자제작, 단순한 공정 등의 장점이 있으므로 비휘발성 메모리 분야의 새로운 강자로 떠오를 가능성이 크다고 할 수 있다.
Ⅳ. 참고문헌
Chen, Y. et al., "An Access-Transistor-Free(0T/1R) Non-volatile Resistance Random Access Memory(PRAM) Using a Novel Threshold Switching, Self-Rectifying Chalcogenide Device". 2003 IEDM Technical Digest, 2004
박재근, “Nano SIO Process Lab.”,
박재근 · 백운규. . 물리학과 첨단기술 (특집 차세대 메모리 편) 2005. 9.
박재근, <차세대 비휘발성 메모리 소자>. 특집 차세대 메모리. 물리학과 첨단기술 (특집 차세대 메모리 편) 2005. 9.
이동수 심현준 외2. <차세대 비휘발성 Oxide 저항 변화 메모리(ReRAM)>. 물리학과 첨단기술 (특집 차세대 메모리 편) 2005. 9.
Baek, I.G. et al., Highly Scalable Non-volatile Resistive memory using Simple Binary Oxide Driven by Asymmetric Unipolar Voltage Pulses. in 2004 IEDM Tech. Dig., 2005

키워드

ReRAM,   비휘발성 메모리,   memory,   PRAM,   PoRAM,   MRAM,   supper