저항변화메모리 소자(Resistive Random Access Memory, RRAM)는 간단한 구조를 가져 저비용으로 제작이 가능한 동시에 비휘발성 및 빠른 스위칭 속도 등의 우수한 특성으로 많은 주목을 받고 있는 전자 소자이다. 다양한 재료 기반의 저항변화메모리가 연구되어 왔고, 그 중에서 최근 유무기 페로브스카이트 물질을 기반으로 한 메모리 소자는 낮은 동작 전압과 높은 ON/OFF 비율 등의 탁월한 특성을 나타내어 저전력 메모리 소자로서 큰 가능성을 보였다. 그러나 이러한 페로브스카이트 기반 메모리 소자의 장점에도 불구하고, 고품질 박막 제작의 어려움에 기인한 고밀도 어레이 제작 상의 난점과 소자 내 저항변화현상을 일으키는 전도성 필라멘트의 불규칙적인 구조로 인한 랜덤한 구동 특성이 실용화에 앞서 해결해야할 과제로 남아있다.
본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 먼저 비할라이드계 납 전구체를 사용한 단일과정 용액공정을 통해 균일하고 pinhole이 없는 고품질 페로브스카이트 박막을 제작하였으며, 이를 바탕으로 고수율의 (최대 94%) 8 x 8 페로브스카이트 저항변화 메모리 어레이를 제작하였다. 제작한 단극성 소자는 낮은 동작 전압과 최대 108에 이르는 높은 ON/OFF 비율, 높은 구동횟수와 저장 시간 등의 우수한 동작 특성을 보였다. 또한 어레이를 구현하였을 때 누설 전류 문제를 해결할 수 있는 1 다이오드-1 저항 scheme을 (one diode-one resistor scheme) 본 연구에서 제작한 단극성 페로브스카이트 메모리 소자에 적용할 수 있음을 보였다. 해당 연구를 통해 저비용, 고밀도의 실용적인 페로브스카이트 메모리 소자의 가능성을 확인할 수 있었다.
다음으로는 소자의 다양한 중간 저항상태에서의 전류 노이즈 분석과 온도에 따른 전기적 특성 및 전류 노이즈의 변화를 분석하여 유무기 페로브스카이트 저항변화메모리 내에서 형성되는 불규칙한 모양의 나노구조물인 전도성 필라멘트의 기하학적 특성과 동적 특성을 연구하였다. 소자 내의 저항변화현상은 침투이론(percolation theory) 모델을 사용하여 이해되었고, 물질 내 전도성 필라멘트는 약 2.25의 소수점 차원을 지니는 프랙탈 구조를 가진 것으로 분석되었다. 또한 전도성 필라멘트 형성 및 해리의 원인인 이온 이동을 온도를 통해 조절함으로, 이온 이동이 원활한 고온 조건에서 더 강한 전도성 필라멘트 구조물이 형성되어 안정적인 multi-level 구동이 가능한 이점이 있음을 확인하였다. 전도성 필라멘트의 구조 및 동적 특성에 대한 심화된 이해를 바탕으로 추후 해당 구조의 제어 및 안정적인 구동 조건 파악이 가능할 것으로 예상하며, 결과적으로 유무기 페로브스카이트 물질 기반 저항변화메모리 소자 기술 발전에 기여할 것으로 기대한다.