• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.12-12
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• 2011

최근 휴대용 전자기기의 사용이 증가함에 따라 비휘발성 메모리 소자에 대한 수요가 급증하고 있다. 다양한 메모리 소자 중에서 현재는 플래시 메모리를 기반으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 플래시 메모리 소자의 경우 모든 반도체 메모리 소자 중에서 가장 빠른 발전 속도로 개발되고 있다. 이러한 플래시 메모리 소자의 발전을 기반으로 스마트폰, 디지털 카메라, 태블릿 PC 등의 개발 및 대중화를 가져왔다. 이러한 플래시 메모리를 기반으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 경우 반도체 소자의 발전을 주도하며 발전하고 있으나, 새로운 전자기기 및 소자(flexible electronics, printed electronics, organic electronics 등) 응용을 위해서는 저비용으로 쉽게 제작할 수 있는 메모리 소자의 개발이 필요하다. 이에 적합한 메모리 소자 구조는 기존 플래시 메모리 소자와 유사한 트랜지스터 기반의 메모리 소자라고 할 수 있다. 본 발표에서는 플래시 메모리 소자와 유사한 구조 및 동작 특성을 갖는 자기조립된 금속나노입자를 정보저장층으로 이용하는 비휘발성 메모리 소자 개발에 대한 내용을 소개하고자 한다. MOS 캐패시터나 박막트랜지스터 내의 게이트 절연층에 자기조립된 금속 나노입자를 삽입하여 비휘발성 메모리 소자를 구현하였다. 게이트에 인가되는 전압에 따라 금속 나노입자 층에 전하를 trap/detrap 시킬 수 있으며, 이러한 거동에 따라 MOS 캐패시터 또는 트랜지스터 구조의 메모리 소자의 문턱전압 값이 변화하게 되어 program/erase 상태를 확인할 수 있다. 실리콘 게이트를 이용하는 메모리 소자, 다층의 정보저장층을 이용하는 메모리 소자, 프린팅 공정에 의해 형성된 메모리 소자 등 다양한 형태의 나노입자 기반 메모리 소자를 구현하였으며, 이러한 나노입자 기반 비휘발성 메모리 소자의 경우, 우수한 동작 특성 및 향상된 신뢰성을 보여주어, 차세대 메모리 소자로 이용하기에 적합한 특성을 나타내었다. 또한 대부분의 공정이 저온에서 가능하기 때문에 최종적인 메모리 소자의 플랫폼으로 플렉서블 플라스틱 기판을 이용하여, 유기트랜지스터 기반의 플렉서블 메모리 소자를 구현하였다. 본 발표에서는 다양한 형태의 나노입자 기반 비휘발성 메모리 소자의 제작 방법, 동작 특성, 신뢰성 평가 등에 대해 자세히 논의될 것이다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.7 no.2
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• pp.165-175
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• 1994

1967년 Wegener등과 Khang등이 각각 구조 및 동작원리가 다른 비휘발성 반도체 메모리(nonvolatile semiconductor memory)를 최초로 개발, 도입한 이후 3세대째를 보내고 있는 현재, 메모리는 반도체산업의 선봉으로써 여전히 공정기술(processing technology)을 이끌며, 시장점유율, 응용범위등에서 주도적 위치를 차지하고 있다. 한편, 최근의 컴퓨터 시스템은 소형화, 저전력화, 고속화, 내충격성 등 기술적 측면에서 뿐만 아니라 소프트웨어적으로도 급격히 발전하고 있다. 이에 따라 메모리부분에 있어서도 기존의 자기 하드디스크 메모리(magnetic hard disk memory)의 한계를 극복하기 위해서 반도체 메모리로서 대체가 더욱 요구되고 있다. 이와같은 상황에서 EEPROM(electrically erasable and programmable ROM)은 상주 시스템내에서도 전기적 방법에 의해 사용자가 임으로 기록/소거(write/erase)할 수 있을 뿐만 아니라 전원이 제거된 상테에서도 기억상태를 유지할 수 있는 비휘발성이라는 점에서 차세대 반도체 메모리 부문의 주역으로서 주목받고 있다. 따라서, 본 고에서는 20세기를 보내며 반도체메모리의 새로운 장을 열어가는 EEPROM의 기술현황 및 전망에 관해 살펴보고자 한다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2005.05a
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• pp.146-150
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• 2005

상온/상압의 분위기에서 코로나 분사 합성법을 이용하여 반도체 실리콘 나노 입자를 제조하였으며, 실리콘 입자의 전기적 특성을 관찰하기 위해 p-type 실리콘웨이퍼 위에 실리콘 나노 입자를 증착시켰다. 이때, 제조된 실리콘 나노 입자의 크기는 약 10 nm이었으며 기하표준편차는 1.31로 단분산성을 나타내었다. 이러한 조건에서, 실리콘 나노 입자의 양자 점 효과를 이용한 비휘발성 반도체 메모리를 제조하여 메모리효과를 분석한 결과, flat band voltage의 차이가 약 1.5 Volt 발생함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2007.06a
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• pp.199-202
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• 2007

본 논문에서는 탄소나노튜브 기반 비휘발성 메모리 소자를 설계하고 분자동력학 방법을 이용하여 이중벽 탄소나노튜브 구성된 소자에 대하여 동작 특성을 분석하였다. 탄소나노튜브는 탄소-탄소 반데르발스 힘과 탄소나노튜브-금속 결합력 간의 균형점에서 국부적으로 안정화 되도록 하는 방법으로, 탄소나노튜브와 양쪽에서 간격을 두고 마주대하는 소스 및 드레인 전위를 조절함으로써 탄소나노튜브에 유도된 정전기인력으로 내부 탄소나노튜브의 움직임을 제어한다. 본 나노메모리 소자는 테라급 재기록 비휘발성 나노메모리(Rewritable Non-Volatile Nano-Memory)로 활용될 수 있으며, 2bit 뿐만 아니라 3bit 정보저장 소자로 활용될 수 있다. 분자동력학 결과는 정보저장 동안에 발생되는 탄소나노튜브와 금속전극 사이의 충돌은 메모리 소자의 동작 속도 및 비휘발성 특성에 매우 중대한 영향을 미치게 될 것을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.301-301
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• 2011

최근 고밀도 메모리 반도체의 재료와 빠른 응답을 요구하는 나노입자를 이용한 비휘발성 메모리 소자의 제작에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그에 따른 기존의 플래쉬 메모리가 가지는 문제점을 개선하기 위해서 균일하고 규칙적으로 분포하는 새로운 나노소재의 개발과 비휘발성, 고속 동작, 고집적도, 저전력 소자의 공정기술이 요구되고 있다. 또한 부유게이트에 축적되는 저장되는 전하량을 증가시키기 위한 새로운 소자구조 개발이 필요하다. 한편, 실리 사이드 계열의 나노입자는 금속 나노입자와 달리 현 실리콘 기반의 반도체 공정에서 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 화합물 중에서 비휘발성 메모리 장치의 전기적 특성을 향상 시킬 수 있는 실리사이드 계열의 바나듐 실리사이드(V3Si) 박막을 열처리 과정을 통하여 수 nm 크기의 나노입자로 제작하였다. 소자의 제작은 p-Si기판에 실리콘산화막 터널층(5 nm 두께)을 건식 산화법으로 성장 후, 바나듐 실리사이드 금속박막을 RF 마그네트론 스퍼터 시스템을 이용하여 4~6 nm 두께로 터널 베리어 위에 증착하고, 그 위에 초고진공 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 SiO2 컨트롤 산화막층 (20 nm)을 형성시켰다. 여기서 V3Si 나노입자 형성을 위해 급속 열처리법으로 질소 분위기에서 800$^{\circ}C$로 5초 동안 열처리하여 하였으며, 마지막으로 열 기화 시스템을 통하여 알루미늄 전극(직경 200 ${\mu}m$, 두께 200 nm)을 증착하여 소자를 제작하였다. 제작된 구조는 금속 산화막 반도체구조를 가지는 나노 부유게이트 커패시터이며, 제작된 시편은 투사전자현미경을 이용하여 나노입자의 크기와 균일성을 확인했다. 소자의 전기적인 측정을 E4980A capacitor parameter analyzer와 Agilent 81104A pulse pattern generator system을 이용한 전기용량-전압 측정을 통해 전하저장 효과 및 메모리 동작 특성들을 분석하고, 열처리 조건에 따라 형성되는 V3Si 의 조성을 엑스선 광전자 분광법을 이용하여 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.135-135
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• 2011

최근, 아이팟, 아이패드, 스마트폰 등의 휴대정보 기기의 수요가 급격히 증가하면서, 고집적성(테라비트급), 초소형, 초고속성, 고신뢰성을 확보할 수 있는 나노스케일(nano-scale)의 비휘발성 메모리(Non-volatile Memory; NVM) 소자 개발에 많은 연구가 집중되고 있다. 현재, 기존 CMOS 반도체 공정과 호환성이 우수하면서 고집적성의 특성이 가능한 전하트랩 플래시(Chrage Trap Flash : CTF) 메모리 소자가 차세대 비휘발성 메모리로써 각광 받고 있다. 하지만, 이러한 CTF 소자가 32 nm 이하로 스케일 다운이 되면서, ONO 층의 크기와 두께가 상당히 작고 얇아짐에 따라, 메모리 트랩수가 상당히 줄어들기 때문에 프로그램/소거 상태를 인지하는 메모리 윈도우의 마진을 확보하는데 어려움이 있다. 본 논문에서는 500 nm 크기를 갖는 폴리스티렌 비드(bead)를 이용한 나노 리소그래피 공정으로 질화막 표면에 roughness를 주어, 질화막과 블로킹 산화막의 경계면에 메모리 트랩의 표면적이 증가시켜, 메모리 윈도우 증가와 프로그램 속도를 개선을 구현하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.302-302
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• 2012

최근 비 휘발성 메모리 시장의 확대와 수요가 많아지면서, 비휘발성 메모리 소자의 제작에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 실리사이드 나노입자를 적용한 소자는 현 실리콘 기반의 반도체 공정의 적용이 용이하다. 따라서 본 연구에서는 실리사이드 계열의 화합물 중에서 일함수가 4.63 eV인 Vanadium silicide (V3Si) 나노입자 메모리소자를 제작하여 전기적 특성과 열 안정성에 대하여 알아보았다. p-Si기판에 약 6nm 두께의 SiO2 터널층을 건식 산화 방법으로 성장시킨 후 V3Si 나노입자를 제작하기 위해서 V3Si 금속박막을 스퍼터링 방법으로 4 nm~6 nm의 두께로 터널 절연막 위에 증착시켰다. 그리고 컨트롤 절연막으로 SiO2를 초고진공 스퍼터를 이용하여 50 nm 증착하였고, 급속 열처리 방법으로 질소 분위기에서 $800^{\circ}C$의 5초 동안 열처리하여 V3Si 나노 입자를 형성하였다. 마지막으로 200 nm두께의 Al을 증착하고, 리소그래피 공정을 통하여 채널 길이와 너비가 각각 $2{\mu}m$, $5{\mu}m$, $10{\mu}m$를 가지는 트랜지스터를 제작하였다. 제작된 시편의 V3Si 나노입자의 크기와 균일성은 투과 전자 현미경으로 확인하였고, 후 열처리 공정 이후 V3Si의 존재여부의 확인을 위해서 X-ray 광전자 분광법의 표면분석기술을 이용하여 확인하였다. 소자의 전기적인 측정은 Agilent E4980A LCR meter, 1-MHz HP4280A와 HP 8166A pulse generator, HP4156A precision semiconductor parameter analyzer을 이용하여 측정온도를 $125^{\circ}C$까지 변화시키면서 전기적인 특성을 확인하였다. 본 연구에서는 온도에 선형적 의존성을 가지는 전하누설 모델인 T-model 을 이용하여 나노입자 비휘발성 메모리소자의 전하누설 근원을 확인한 후, 메모리 소자의 동작 특성과의 물리적인 연관성을 논의하였다. 이를 바탕으로 나노입자 비휘발성 메모리소자의 열적안정성을 확보하고 소자 특성향상을 위한 최적화 구조를 제안하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.353-353
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• 2013

최근 고밀도 메모리 반도체의 재료와 빠른 응답을 요구하는 나노입자를 이용한 비휘발성 메모리 소자의 제작에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 비휘발성 메모리 소자 중 하나인 저항 변화 메모리 소자는 인가되는 전압에 따라 저항이 급격히 변화하여 적어도 서로 다른 두 저항 상태를 스위칭할 수 있는 물질을 이용하는 소자이다. 따라서 본 연구에서는 화합물 중에서 비휘발성 메모리 장치의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 실리사이드 계열의 바나듐 실리사이드($V_3Si$) 박막을 열처리 과정을 통하여 수 nm 크기의 나노입자로 제작하여, 그래핀을 하부 전극으로 하는 저항 변화 메모리 소자를 제작하였다. p-type (100) 실리콘 기판에 단일층으로 형성되어 있는 그래핀 상에 약 10 nm 두께의 저항 변화층($SiO_2$)을 각각 초고진공 스퍼터링 방법으로 성장시킨 후 $V_3Si$ 나노입자를 제작하기 위해서 $V_3Si$ 금속 박막을 스퍼터링 방법으로 4~6 nm의 두께로 저항 변화층 사이에 증착시켰으며, 급속 열처리 방법으로 질소 분위기에서 $800^{\circ}C$로 5초 동안 열처리하여 $V_3Si$ 나노 입자를 형성하였다. 마지막으로 200 nm 두께의 Pt을 증착하였다. 하부 전극으로 형성되어 있는 그래핀은 라만 분광법을 이용하여 확인하였으며, 제작된 소자의 전기적인 측정은 Agilent E4980A LCR meter, 1-MHz HP4280A와 HP 8166A pulse generator, HP4156A precision semiconductor parameter analyzer을 이용하여 전기적인 특성을 확인하였다.

• The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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• v.19 no.6
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• pp.139-144
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• 2019

For recent decades, Non-volatile Memory (NVM) technologies have been drawing a high attention both in industry and academia due to its high density and short latency comparable to that of DRAM. However, NVM devices has write endurance problem and thus the current data structures that have been built around DRAM-specific features including unlimited program cycles is inadequate for NVM, reducing the device lifetime significantly. In this paper, we revisit a red-black tree extensively adopted for data indexing across a wide range of applications, and make it to better fit for NVM. Specifically, we observe that the conventional red-black tree wears out the specific location of memory because of its rebalancing operation to ensure fast access time over a whole dataset. However, this rebalancing operation frequently updates the long-lived nodes, which leads to the skewed wear out across the NVM cells. To resolve this problem, we present a new swapping wear-leveling red-black tree that periodically moves data in the worn-out node into the young node. The performance study with real-world traces demonstrates the proposed red-black tree reduces the standard deviation of the write count across nodes by up to 12.5%.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.211-211
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• 2010

지난 수년간 비휘발성 메모리는 휴대용 전자기기 시장의 증가로 인해 많은 주목을 받아왔다. 그러나 현재 주로 쓰이고 있는 다결정 실리콘을 부유게이트층을 이용한 소자는 한계점을 보이고 있다. 이러한 이유로 최근에는 반도체 나노점이나 금속 나노점을 이용하는 비휘발성 메모리가 각광을 받고 있다. 이 메모리들은 빠른 쓰기/지우기 속도, 긴 저장시간, 낮은 구동전압 등의 이점을 지니고 있다. 본 연구에서는 이온빔 스퍼터링 방법을 이용해 $SiO_2$/Zr nanodots (ND)/$SiO_2$ trilayer 구조를 제작하였다. tunnel oxide와 control oxide의 두께는 각각 3nm, 15nm 이며 Zr의 양을 변화시키며 그에 따른 Zr ND과 메모리 효과의 변화를 관찰하였다. 고분해능 전자현미경과 광전자 분광기를 이용해 Zr ND의 형성을 확인하였고 열처리 후 $ZrO_2$ ND로 상이 변화함을 관찰하였다. -10 ~ +10V의 측정 조건 하에서 Zr의 양이 증가함에 따라 메모리 폭은 최대 5.8V까지 증가하였다. 또한 쓰기 상태에서 메모리 폭과 전하 손실비율은 열처리 후가 감소하였고 이는 $SiO_2$와 Zr ND의 계면에서 생성되는 $ZrO_2$의 영향인 것으로 생각된다.