학술논문
고분자 비휘발성 메모리의 중간 금속층의 물질에 따른 메모리 특성에 관한 연구 / Nonvolatile-memory Characteristics of Middle Metal Material on Polymer Nonvolatile Memory-Cells
Document Type
Dissertation/ Thesis
Author
Source
Subject
Language
Korean
Abstract
최근, 정보통신 기기의 고밀도화, 고직접화, 고속화가 진행됨에 따라 점차 물리적 한계 및 전기적인 문제점의 한계에 다다르고 있는 실리콘 기반의 메모리 소자를 대체하기 위해 새로운 개념의 다양한 차세대 비휘발성 메모리 소자들이 연구되고 있다.[1-4] 그 중에서 유기메모리(PoRAM)는 상·하부 전극 사이에 고분자 층이 삽입된 1R 형태로 되어있다. PoRAM은 4F2의 feature size로 인한 높은 직접도와 10ns이하 고속 동작이 가능하며 비교적 간단한 공정으로 인한 차세대 메모리 소자 중 현재의 Flash 메모리를 대체할 유력한 소자로 알려져 있다. 고분자 비휘발성 메모리의 동작은 물질의 전기적 쌍안정성(bistability)에 기인하며, 이는 동일 전압에서 고-저 저항 두 가지 상태의 차이를 가지는 특성을 말한다. 다양한 연구에서 나노크리스탈(nanocrystal)을 사용한 소자에서 고분자 비휘발성 메모리의 동작인 전기적 쌍안정성이 발견 되었다.[5-16] 따라서 본 논문에서, PMP(polymer/metal/polymer)의 구조로 metal nanocrystals이 고분자 층 사이에 포함되게 하고, top과 bottom에 Al 전극을 증착하여 전체적으로 electrode/polymer/metal/polymer/ electrode의 구조로 제작된다. O2 plasma 공정을 통해서 oxide로 둘러싸인 metal 소자의 메커니즘을 분석한 후에 소자에 삽입된 nanocrystals에 터널링 베리어(tunneling barrier)를 형성시켜 줌으로써 소자의 안정성을 향상시킨다. Al2O3로 둘러싸인 Al nanocrystals이 장착된 소자보다 NiO로 둘러싸인 Ni nanocrystals이 장착된 소자에서 안전적인 메모리 특성을 보였다.
We reported the nonvolatile memory-cell with Al nanocrystals in the last this society. But, this memory-cell characteristics showed bad endurance and retention. So, we fabricated with the hybrid memory-cell structure of Al / Polystyrene (PS) / metal nanocrystals / PS / Al to investigate electrical characteristics of polymer nonvolatile memory cell using Ni as a middle metal nanocrystals layer. We used the O2-plasma method to produce metal nanocrystals that are surrounded by metal-oxide(NiO) between the polymer layer. The PS layer was produced by spincoating and the Ni layer were produced by thermal evaporation at the rate of 0.1Å/s in high vacuum. In case of memory-cell embedded Ni nanocrystals, it showed nonvolatile memory characteristics. Memory margin of (Ion/Ioff) is 0.14х102, and endurance of program and erase cycle is more than 250 times, and retention time is more than 1.0х105sec. The formation of metal nanocrystals on polymer nonvolatile memory-cell was analyzed by TEM image. Polymer nonvolatile memory with Ni nanocrystals was observed a good electrical characteristic than Al nanocrystals, because grain size of Ninanocystals has smaller than Al nanocrystals. So, it can have the more metal nanocrystals in the same area. Moreover, Ni has a deep Fermi-level than Al, it can charge the more electrons. In our memory-cell, formation and properties of middle metal has critical role to realize nonvolatile memory characteristics.
We reported the nonvolatile memory-cell with Al nanocrystals in the last this society. But, this memory-cell characteristics showed bad endurance and retention. So, we fabricated with the hybrid memory-cell structure of Al / Polystyrene (PS) / metal nanocrystals / PS / Al to investigate electrical characteristics of polymer nonvolatile memory cell using Ni as a middle metal nanocrystals layer. We used the O2-plasma method to produce metal nanocrystals that are surrounded by metal-oxide(NiO) between the polymer layer. The PS layer was produced by spincoating and the Ni layer were produced by thermal evaporation at the rate of 0.1Å/s in high vacuum. In case of memory-cell embedded Ni nanocrystals, it showed nonvolatile memory characteristics. Memory margin of (Ion/Ioff) is 0.14х102, and endurance of program and erase cycle is more than 250 times, and retention time is more than 1.0х105sec. The formation of metal nanocrystals on polymer nonvolatile memory-cell was analyzed by TEM image. Polymer nonvolatile memory with Ni nanocrystals was observed a good electrical characteristic than Al nanocrystals, because grain size of Ninanocystals has smaller than Al nanocrystals. So, it can have the more metal nanocrystals in the same area. Moreover, Ni has a deep Fermi-level than Al, it can charge the more electrons. In our memory-cell, formation and properties of middle metal has critical role to realize nonvolatile memory characteristics.