저항 변화 메모리 (Resistive random-Access Memory, ReRAM)는 차세대 비휘발성 메모리 소자로의 응용을 위해 활발히 연구되고 있다. 그러나 기존의 ReRAM은 초기에 높은 전압을 가하여 conductive filament (CF)를 형성하는 electroforming 동작을 필요로 한다. 이는 소자의 저전력 구동을 방해하고 신뢰성의 문제를 야기한다. 이에 따라 C. A. Paz de Araujo et al.은 산화니켈 (nickel oxide, NiO) 박막에 탄소를 도핑함으로써 electroforming 동작이 필요 없는 forming-free ReRAM을 보고하였다[1].
본 연구에서는 ReRAM의 절연층인 산화하프늄 (hafnium oxide, HfOx)에 탄소를 도핑함으로써 forming-free 동작을 달성하였다. 원자층 증착법 (atomic layer deposition, ALD)을 이용하여 ReRAM의 저항 스위칭 층으로 HfOx를 증착하였으며, 이 때 박막에 탄소를 도핑하기 위해 탄소가 첨가된 H₂O₂ (carbon-composited H₂O₂, C:H₂O₂)를 산화제로 사용하였다. 해당 소자는 electroforming 동작 시 current compliance (CC)에 도달하기 전까지 누설전류가 급격하게 증가하는 특성을 보였다. 추가적인 열처리 과정 이후, 최초의 전압 인가 시 바로 SET 동작을 하는 forming-free ReRAM을 달성할 수 있었다. 또한 본 소자는 전압의 극성과 관계없이 모든 극에서 스위칭이 가능한 특성을 보였다. 이는 소자가 저전력에서 동작하며 ReRAM의 bipolar와 unipolar 스위칭 특성을 모두 가지고 있음을 의미한다. 이러한 특성은 미래 고집적 회로와의 좋은 연계성을 제공할 수 있을 것이다.