표제지
초록
ABSTRACT
목차
1장 서론 18
2장 이론적 배경 22
2.1. RRAM의 정의 및 동작 원리 22
2.1.1. RRAM의 스위칭 모드 24
2.1.2. RRAM의 저항성 스위칭 메커니즘 26
2.2. RRAM의 성능지표와 성능개선 연구 28
2.2.1. RRAM의 성능 지표 28
2.2.2. RRAM 성능 개선 연구 사례 28
2.2.3. 깁스 자유 에너지 차이를 이용한 성능 개선 사례 29
2.2.4. a-ZTO 삽입 층을 이용한 성능 개선 33
2.3. 용액 공정 RRAM 35
2.3.1. 용액 공정 소개 35
2.3.2. 용액 공정 기반 RRAM 연구 동향 36
2.3.3. 용액 공정 기반 RRAM 특성 개선을 위한 이중 층 구조 연구 42
3장 소자 제작 및 특성 분석 51
3.1. 용액 공정 기반 RRAM 소자 제작 51
3.1.1. 용액 공정 ZrO₂/SnO₂ RRAM 소자 제작 공정 설계 52
3.1.2. 전구체 용액 제작 54
3.1.3. SnO₂ 전구체 용액 제작 54
3.1.4. ZrO₂ 전구체 용액 제작 54
3.1.5. 용액 공정 기반 ZrO₂/SnO₂ 이중 층 RRAM 제작 공정 55
3.2. 제작한 RRAM 소자 특성 측정 59
3.2.1. 전류-전압 측정 59
3.2.2. 전류-전압 특성(I-V characteristics) 59
3.2.3. 내구성(Endurance), on/off ratio 특성 62
3.2.4. 용액 공정 기반 이중 층 소자 연구 결과와 비교 및 분석 66
4장 분석 및 토의 68
4.1. X선 광전자 분광법(XPS) 분석 68
4.1.1. X선 광전자 분광법 원리 68
4.1.2. XPS 분석 의뢰를 위한 시편 제작 70
4.1.3. X선 광전자 분광법 분석 결과 70
4.1.4. 질소 어닐링 온도에 따른 저항 층 산소 공공 농도 분석 73
4.2. 전자 주사 현미경(FE-SEM) 촬영 79
4.2.1. 전자 주사 현미경(FE-SEM) 원리 79
4.2.2. 전자 주사 현미경(FE-SEM) 결과 79
4.3. 전도 메커니즘 분석 81
5장 결론 84
참고문헌 87
표 1. 기존 메모리 소자와 차세대 메모리 소자 특성 비교 표 19
표 2. 단극성과 양극성 저항 스위칭 모드 RRAM 소자의 전극과 저항 층의 구조 사례 25
표 3. 제작한 Ti/ZrO₂/SnO₂/ITO RRAM 소자의 단계별 공정 58
표 4. 소자 별 Vsweep, Vforming, Vset, Vreset 전압 표[이미지참조] 61
표 5. 소자 별endurance, on/off ratio 성능 표 65
표 6. 용액 공정 기반 이중 층 RRAM 다른 연구 결과와 소자 특성 비교 67
그림 1. 2010년부터 2025년까지 처리할 데이터 규모 19
그림 2. RRAM의 금속-절연체-금속 구조 23
그림 3. (a) 양극성 저항 스위칭 모드, (b) 단극성 저항 스위칭 모드 RRAM의 I-V 그래프 25
그림 4. VCM 저항성 스위칭 메커니즘 27
그림 5. ZnO 소자와 ZnO/HfO₂ 소자의 (a) 주기 간 변동성 (b) 소자 간 변동성 (c) ZnO 단일 층 소자의 내구성 그래프 (d) ZnO/HfO₂이중 층 소자의... 30
그림 6. SnO₂ 단일 저항 층 소자 (a) 전류-전압 그래프 (b) 내구성 그래프, SnO₂/ZTO 이중 층 소자 (c) 전류-전압 그래프 (d) 내구성 그래프 32
그림 7. ZrO₂ 단일 저항 층 소자 (a) 전류-전압 그래프 (b) 내구성 그래프, ZrO₂/ZTO 이중 층 소자 (c) 전류-전압 그래프 (d) 내구성 그래프 34
그림 8. (a) MgO 박막 제작 모식도 (b) 유연한 기판으로 제작하기 위한 WTP 단계 (c) HRS와 LRS의 소자 별 분포도 (d) 소자 별 내구성 특성... 37
그림 9. (a) 용액 공정으로 제작된 ZrO₂ 박막의 다양한 열처리 온도에 따른 GIXRD 패턴, Ag/ZrO₂/ITO RRAM 소자의 (b) 전류-전압 그래프 (c)... 39
그림 10. 다양한 열처리를 통해 얻은 Y₂O₃ 박막의 단면 주사 전자 현미경 이미지(a) 열적으로 열처리된 박막 (b) 열적 열처리 및 광화학적... 41
그림 11. 실험에서 관찰된 일반적인 내구성 저하 (b) 내구성 저하 메커니즘의 개략도 43
그림 12. (a) Al/ZnO/ZrO₂/Al RRAM 소자 모식도 (b) 소자 초기 상태와 전이 과정에서 산소 공공의 형성 및 축적의 변화로 인해 상부 전극과 하부... 45
그림 13. (a) Pt/WOx/ZnO/ITO RRAM 소자 모식도 (b) 위에서부터 Pt/WOx/ITO, Pt/ZnO/ITO, Pt/WOx/ZnO/ITO 소자의 forming 과정과 100회의...[이미지참조] 47
그림 14. (a) TiO₂/ZrO₂ 이중 층SEM 사진 (b) 전류-전압 그래프 (c) 읽기전압이 -0.1 V일 때의 내구성 그래프 (d) 읽기 전압이 0.1 V 일 때의 내구성 그래프 49
그림 15. 제작한 소자 그림 (a) SnO₂ 단일 층 소자 (b) ZrO₂단일 층 소자 (c) ZrO₂/SnO₂이중 층 소자 53
그림 16. Ti/ZrO₂/SnO₂/ITO 소자 제작 모식도 57
그림 17. 소자 별 전류-전압 특성 그래프 (a) SnO₂ 단일 층 소자 (b) ZrO₂ 단일 층 소자 (c) ZrO₂/SnO₂ 이중 층 소자 61
그림 18. 소자 별 endurance, on/off ratio 그래프 (a) SnO₂ 단일 층 소자 (b) ZrO₂ 단일 층 소자 (c) ZrO₂/SnO₂ 이중 층 소자 64
그림 19. XPS 분석 원리 개략도 69
그림 20. XPS spectra 그래프 (a) Sn3d film (b) Zr3d film (c) SnO₂ 박막의 O1s spectra (d) ZrO₂ 박막의 O1s spectra 72
그림 21. 질소 어닐링 온도 별 SnO₂ 박막 산소 공공 농도 XPS O1s spectra 그래프 (a) 300 ℃ (b) 350 ℃ (c) 450 ℃ (d) 500 ℃ 74
그림 22. 질소 어닐링 온도 별 ZrO₂ 박막 산소 공공 농도 XPS O1s spectra 그래프 (a) 300 ℃ (b) 350 ℃ (c) 450 ℃ (d) 500 ℃ 76
그림 23. 질소 어닐링 온도 별 저항 층 산소 공공 농도 그래프 (a) SnO₂ (b) ZrO₂ 78
그림 24. ZrO₂/SnO₂ 이중 층 박막의 FE-SEM 이미지 80
그림 25. 제작한 ZrO₂/SnO₂ 이중 층 소자의 양 전압에서 log(I)-log(V) 특성 그래프 82