본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

리튬 이온 기반 멤리스터 커패시터 병렬 구조의 저항변화 특성 연구

A Study on the Resistve Switching Characteristic of Parallel Memristive Circuit of Lithium Ion Based Memristor and Capacitor

이홍섭|강승현
한국마이크로전자및패키징학회 (The Microelectronics And Packaging Society)|2021.12|마이크로전자 및 패키징학회지 (Jornal of the Microelectronics and Packaging Society)|제28권 제4호|pp. 41-45

1

조회

0

다운로드

0

인용

0

참고문헌

키워드

capacitormemristorLi filament seedcapacitance effectfilament type
주제분류재료공학

초록

본 연구에서는 멤리스터 소자의 높은 신뢰성을 확보하기 위해 소자 제작 단계에서 30 nm 두께의 ZrO2 금속산화물 박막 위 국부영역에 리튬 filament seed 층을 패턴하여 작은 이온반경의 리튬이온을 저항변화 주체로 활용하는 멤리스터 소자를 구현하였다. 패턴 된 리튬 filament seed 대비 다양한 상부전극의 면적을 적용하여 멤리스터-커패시턴스병렬 구조의 이온형 저항변화 소자에서 커패시턴스가 filament type 저항변화 특성에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 이를 위해 ZrO2 박막 위에 5 nm 두께, 5 μm  5 μm 면적의 리튬 filament seed 증착 후 50 μm, 100 μm 직경의 상부전극을 증착, 리튬 메탈의 확산을 위한 250oC 열처리 전 후 샘플에서 저항변화 특성을 확인하였다. 열확산에 의해 형성된전도성 filament의 경우 전압에 의한 제어가 불가함을 확인하였으며, 전압에 의해 형성된 filament만이 electrochemical migration에 의한 가역적 저항변화 특성 구현이 가능한 것을 확인하였다. 전압에 의한 filament 형성 시 병렬로 존재하는커패시턴스의 크기가 filament의 형성 및 소실에 중요한 인자임을 확인하였다.

Abstract

In this study, in order to secure the high reliability of the memristor, we adopted a patterned lithium filament seed layer as the main agent for resistive switching (RS) characteristic on the 30 nm thick ZrO2 thin film at the device manufacturing stage. Lithium filament seed layer with a thickness of 5 nm and an area of 5 μm  5 μm were formed on the ZrO2 thin film, and various electrode areas were applied to investigate the effect of capacitance on filament type memristive behavior in the parallel memristive circuit of memristor and capacitor. The RS characteristics were measured in the samples before and after 250°C post-annealing for lithium metal diffusion. In the case of conductive filaments formed by thermal diffusion (post-annealed sample), it was not available to control the filament by applying voltage, and the other hand, the as-deposited sample showed the reversible RS characteristics by the formation and rupture of filaments. Finally, via the comparison of the RS characteristics according to the electrode area, it was confirmed that capacitance is an important factor for the formation and rupture of filaments.

참고문헌 (20)

  1. J. Akerman, "Toward a Universal Memory", Science, 308(5721), pp.508~510 (2005)
  2. O. Auciello, "The Physics of Ferroelectric Memories", Phy. Today, 51(7), pp.22~ (1998)
  3. S. Mathews, "Ferroelectric Field Effect Transistor Based on Epitaxial Perovskite Heterostructures", Science, 276(5310), pp.238~ (1997)
  4. J. Lee, "GeSbTe Deposition for the PRAM Application", Appl. Surf. Sci., 253(8), pp.3969~ (2007)
  5. Z. Li, "Domain-wall Dynamics Driven by Adiabatic Spin-Transfer Torques", Phys. Rev. B, 70(2), pp.024417~ (2004)
  6. 이홍섭, "음이온 기반 멤리스터의 최신 기술동향 및 이슈", 마이크로전자 및 패키징학회지, 26(1), pp.1~7 (2019), 한국마이크로전자및패키징학회
  7. R. Waser, "Redox-Based Resistive Switching Memories-nanoionic Mechanisms, Prospects, and Challenges", Adv. Mater., 21(25-26), pp.2632~ (2009)
  8. A. Sawa, "Resistive Switching in Transition Metal Oxide", Mater. Today, 11(6), pp.28~ (2008)
  9. 손기훈, "수소 도핑효과에 의한 ZnO 맴트랜지스터 소자특성", 마이크로전자 및 패키징학회지, 27(1), pp.31~35 (2020), 한국마이크로전자및패키징학회
  10. 김수민, "전기장 광화학 증착법에 의한 직접패턴 비정질 FeOx 박막의 제조 및 저항변화 특성", 마이크로전자 및 패키징학회지, 27(4), pp.77~81 (2020), 한국마이크로전자및패키징학회
  11. S. H. Jo, "Nanoscale Memristor Device as Synapse in Neuromorphic Systems", Nano Lett., 10(4), pp.1297~1301 (2010)
  12. R. Schmitt, "Design of oxygen Vacancy Configuration for Memristive Systems", ACS Nano, 11(9), pp.8881~8891 (2017)
  13. T. S. Lee, "Compliance Current-controlled Conducting Filament Formation in Tantalum Oxide-based RRAM Devices with Different Top Electrodes", ACS Appl. Electron. Mater, 2(4), pp.1154~1161 (2020)
  14. S. Pi, "Memristor Crossbar Arrays with 6-nm Half-Pitch and 2-nm Critical Dimension", Nat. Nanotechnol., 14, pp.35~39 (2018)
  15. L. Zhao, "Multi-level Control of Conductive Nano-filament Evolution in HfO2 ReRAM by Pulsetrain Operations", Nanoscale, 6(11), pp.5698~5702 (2014)
  16. S. Choi, "SiGe Epitaxial Memory for Neuromorphic Computing with Reproducible High Performance Based on Engineered Dislocations", Nat. Mater., 17(4), pp.335~340 (2018)
  17. L. Ramirez, "Nanocrystalline ZrO2 thin Film on Silicon Fabricated by Pulsedpressure Metalorganic Chemical Vapor Deposition(PPMOCVD)", J. Mater. Res., 23(8), pp.2202~2211 (2008)
  18. T. Sato, "Control of the Tetragonal-to-monoclinic Phase Transformation of Yttria Partially Stabilized Zirconia in Hot Water", J. Mater. Sci., 20(11), pp.3988~3992 (1985)
  19. T. Sato, "Crystalline Phase Change in Yttria-Partially-Stabilized Zirconia by Low-Temperature Annealing", J. Am. Ceram. Soc., 67(10), pp.212~213 (1984)
  20. D. Majumdar, "X-ray Photoelectron Spectroscopic Studies on Yttria, Zirconia, and Yttria-stabilized Zirconia", J. Appl. Phys., 70(2), pp.988~992 (1991)

관련 논문AI추천

음이온 기반 멤리스터의 최신 기술동향 및 이슈이홍섭한국마이크로전자및패키징학회 · 마이크로전자 및 패키징학회지2019 · 제26권 제1호전이 금속 산화물 기반 Interface-type 저항 변화 특성 향상 연구 동향김건우, 김동은, 김형남, 박형호한국마이크로전자및패키징학회 · 마이크로전자 및 패키징학회지2023 · 제30권 제4호In-situ 분석을 통한 모드 전이형 멤리스터의 전기 전도 메커니즘 규명이동구, 이정규한국전기전자학회 · 전기전자학회논문지2025 · 제29권 제4호뉴로모픽 응용을 위한 이중 모드 멤리스터의 단기 및장기 기억 특성 구현허건, 김동욱, 박규태, 이동구, 이정규, 홍채린한국전기전자학회 · 전기전자학회논문지2025 · 제29권 제4호폴리실라잔 고체 전해질 층과 은 활성 전극의 공정이멤리스터의 전기적 특성에 미치는 영향권진혁, 김동수, 김민회, 양희수, 오경석한국전기전자학회 · 전기전자학회논문지2023 · 제27권 제1호수소 도핑효과에 의한 ZnO 맴트랜지스터 소자특성강경문, 박형호, 손기훈, 이홍섭한국마이크로전자및패키징학회 · 마이크로전자 및 패키징학회지2020 · 제27권 제1호

이 간행물의 다른 논문 (17건)

탄소 복합재 기반 전자파 차폐 및 고방열 일체형 필름 연구동향박성현, 김명훈, 김광석pp. 1-10BaV2O6와 BaWO4을 이용한 초저온 동시소성 세라믹 제조김두원, 이경호pp. 11-18통계적 방법에 의한 마이크로솔더볼의 3차원형상검사김지홍pp. 19-23Ni-Pd-CNT Nanoalloys에서 성장한 α-Ga2O3의 특성분석노호균, 차안나, Vishal Vilas Burungale, 배효정, 하준석, 김형구, 성채원, 이기업pp. 25-29수치해석을 이용한 Package on Package용 PCB의 Warpage 감소를 위한 Unit과 Substrate 레벨의 강건설계 연구김윤태, 고영배, 조승현pp. 31-39
원문 보기