• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.307-307
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• 2014

정보화 시대로 접어들면서 동일한 공간에 더 많은 정보를 저장할 수 있고, 보다 빠른 동작이 가능한 비휘발성 메모리 소자에 대한 요구가 증가하고 있다. 하지만, 최근 비휘발성 메모리 소자 관련 연구보고에 따르면, 메모리 소자의 소형화 및 직접화 측면에서, 전하 저장을 기반으로 하는 기존의 Floating-Gate(FG) Flash 메모리는 20 nm 이하 공정에서 한계가 예측 되고 있다. 따라서, 이러한 FG Flash 메모리의 한계를 해결하기 위해, 기존에 FET 기반의 FG Flash 구조와 같은 3 terminal이 아닌, Diode와 같은 2 terminal로 동작이 가능한 ReRAM, PRAM, STT-MRAM, PoRAM 등 저항변화를 기반으로 하는 다양한 종류의 차세대 메모리 소자가 연구되고 있다. 그 중, 저항 변화 메모리(ReRAM)는 CMOS 공정 호환성, 3D 직접도, 낮은 소비전력과 빠른 동작 속도 등의 우수한 동작 특성을 가져 차세대 비휘발성 메모리로 주목을 받고 있다. 또한, 상하부 전극의 2 terminal 만으로 소자 구동이 가능하기 때문에 Passive Crossbar-Array(CBA)로 적용하여 플래시 메모리를 대체할 수 있는 유력한 차세대 메모리 소자이다. 하지만, 이를 현실화하기 위해서는 Passive CBA 구조에서 발생할 수 있는 Read Disturb 현상, 즉 Word-Line과 Bit-Line을 통해 선택된 소자를 제외하고 주변의 다른 소자를 통해 흐르는 Sneak Leakage Current(SLC)를 차단하여 소자의 메모리 State를 정확히 sensing하기 위한 연구가 선행 되어야 한다. 따라서, 현재 이러한 이슈를 해결하기 위해서, 많은 연구 그룹에서 Diodes, Threshold Switches와 같은 ReRAM에 Selector 소자를 추가하는 방법, 또는 Self-Rectifying 특성 및 CRS 특성을 보이는 ReRAM 구조를 제안 하여 SLC를 차단하고자 하는 연구가 시도 되고 있지만, 아직까지 기초연구 단계로서 아이디어에 대한 가능성 정도만 보고되고 있는 현실 이다. 이에 본 논문은 Passive CBA구조에서 발생하는 SLC를 해결하기 위한 새로운 아이디어로써, 본 연구 그룹에서 선행 연구로 확보된 안정적인 저항변화 물질인 SiN를 정류 특성을 가지는 n-Si/Ti 기반의 Schottky Diode와 결합함으로써 기존의 CBA 메모리의 Read 동작에서 발생하는 SLC를 차단 할 수 있는 1SD-1R 구조의 메모리 구조를 제작 하였으며, 본 연구 결과 기존에 문제가 되었던 SLC를 차단 할 수 있었다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.9
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• pp.710-712
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• 2011

In this study, we fabricate resistive switching random access memory (ReRAM) devices constructed with a Al/$HfO_2$/ITO structure on glass substrates and investigate their memory characteristics. The hafnium oxide thin film used as a resistive switching layer is sputtered at room temperature in a sputtering system with a cooling unit. The Al/$HfO_2$/ITO device exhibits bipolar resistive switching characteristics, and the ratio of the high resistance (HRS) to low resistance states (LRS) is more than 60. In addition, the resistance ratio maintains even after $10^4$ seconds.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.255-255
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• 2010

Metal-Insulator-Metal 구조의 $Al_2O_3$ ReRAM 소자를 플라스틱 기판 위에 제작하였다. $Al_2O_3$ 박막은 원자층 증착 방법으로 $150^{\circ}C$의 저온 공정에서 15nm 두께로 증착하였으며, 하부와 상부의 전극으로는 DC 스퍼터링 방법으로 증착된 백금전극을 이용하였다. 플라스틱 기판위에 제작된 $Al_2O_3$ ReRAM 소자는 unipolar 메모리 특성을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.181.1-181.1
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• 2015

용액 공정을 이용한 Resistive random access memory (ReRAM)은 간단한 공정 과정, 대면적화, 저렴한 가격 등의 장점으로 인해 큰 관심을 받고 있으며, HfOx, TiOx, AlOx 등의 산화물이 ReRAM 절연 막으로 주로 연구되고 있다. 더 나아가 최근에는 organic 물질을 메모리 소자로 사용한 연구가 보고되고 있다. 이는 경제적이며, wearable 또는 flexible system에 적용이 용이하다. 그럼에도 불구하고, organic 물질을 갖는 메모리 소자는 기존의 산화물 소자에 비해 열에 취약하며 전기적인 특성과 신뢰성이 우수하지 못하다는 단점을 가지고 있다. 이를 위한 방안으로 본 연구에서는 AlOx - polymethylmethacrylate (PMMA) blended thin film ReRAM을 제안하였다. 이는 organic물질의 전기적 특성을 개선시킬 뿐 아니라, inorganic 물질을 wearable 소자에 적용했을 때 발생하는 crack과 같은 기계적 물리적 결함을 해결할 수 있는 새로운 방법이다. 먼저, P-type Si 위에 습식산화를 통하여 SiO2 300 nm 성장시킨 기판을 사용하여 electron beam evaporation으로 10 nm의 Ti, 100 nm의 Pt 층을 차례로 증착하였다. 그리고 PMMA 용액과 AlOx 용액을 초음파를 이용하여 혼합한 뒤, 이 용액을 Pt 하부 전극 상에서 spin coating방법으로 1000 rpm 10초, 5000 rpm 30초의 조건으로 증착하였다. Solvent 및 불순물 제거를 위하여 150, 180, $210^{\circ}C$의 온도로 30 분 동안 열처리를 진행하였고, shadow mask를 이용하여 상부 전극인 Ti를 sputtering 방식으로 100 nm 증착하였다. 150, 180, $210^{\circ}C$로 각각 열처리한 AlOx - PMMA blended ReRAM의 전기적 특성은 HP 4156B semiconductor parameter analyzer를 이용하여 측정하였다. 측정 결과 제작된 소자 전부에서 2 V이하의 낮은 동작전압, 안정된 DC endurance (>150cycles), 102 이상의 높은 on/off ratio를 확인하였고, 그 중 $180^{\circ}C$에서 열처리한 ReRAM은 더 높은 on/off ratio를 갖는 것을 확인하였다. 결론적으로 baking 온도를 최적화하였으며 AlOx - PMMA blended film ReRAM의 우수한 메모리 특성을 확인하였다. AlOx-PMMA blended film ReRAM은 organic과 inorganic의 장점을 갖는 wearable 및 system용 비휘발성 메모리소자에 적용이 가능한 경제적인 기술로 판단된다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.30 no.3
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• pp.144-147
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• 2017

In this study, $Ge_2Sb_2Te_5$ and $Ge_8Sb_2Te_{11}$ were used as an insulator layer to fabricate ReRAM devices. The resistance change is correlated to the appearance or disappearance of a conductivity filament at the surface of the GeSbTe layer. Changes in the electrical properties of ITO/GeSbTe/Ag devices were measured using a I-V-L measurement system. As a result, compared to the $ITO/Ge_8Sb_2Te_{11}/Ag$ device, this $ITO/Ge_2Sb_2Te_5/Ag$ ReRAM device exhibits highly uniform bipolar resistive switching characteristics, such as the operating voltages, and the resistance values.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.306.2-306.2
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• 2014

전자기기의 휴대성과 이동성이 강조되고 있는 현대사회에서 비휘발성 메모리는 메모리 산업에 있어 매우 매력적인 동시에 커다란 잠재성을 지닌다. 이미 공정의 한계에 부딪힌 Flash 메모리를 대신하여 10nm 이하의 공정이 가능한 상변화 메모리(Phase-Change Memory, PRAM), 스핀 주입 자화 반전 메모리(Spin Transfer Torque-Magnetic RAM, STT-MRAM), 저항 변화 메모리(Resistive Random Access Memory, ReRAM)가 차세대 비휘발성 메모리 후보로서 거론되고 있으며, 그 중에서도 ReRAM은 빠른 속도와 낮은 소비 전력, CMOS 공정 호환성, 그리고 비교적 단순한 3차원 적층 구조의 특성으로 인해 활발히 연구되고 있다. 특히 최근에는 질화물 또는 질소를 도핑한 산화물을 저항변화 물질로 사용하는 ReRAM이 보고되고 있는데, 이들은 동작전압이 낮을 뿐만 아니라 저항 변화(Resistive Switching, RS) 과정에서 일어나는 계면 산화를 방지할 수 있으므로 ReRAM의 저항 변화 재료로서 각광받고 있다. 그러나 Cell 단위의 ReRAM 소자를 Crossbar Array 구조에 적용시켰을 때 주변 Cell과의 저항 상태 차이로 인해 전류가 낮은 저항 상태(LRS)의 Cell로 흘러 의도치 않은 동작을 야기한다. 이와 같이 누설 전류(Leakage Current)로 인한 상호간의 간섭이 일어나는 Cross-talk 현상이 존재하며, 공정의 간소화와 집적도를 유지하면서 이 문제를 해결하는 것은 실용화하기에 앞서 매우 중요한 문제이다. 따라서, 본 논문에서는 Read 동작 시 발생하는 Cell과 Cell 사이의 Cross-talk 문제를 해결하기 위해 자가 정류 특성(Self-Rectifying)을 가지는 실리콘 질화물/알루미늄 질화물 이중층(Si3N4/AlN Bi-layer)으로 구성된 ReRAM 소자 구조를 제안하였으며, Sputtering 방법을 이용하여 제안된 소자를 제작하였다. 전압-전류 특성 실험결과, 제안된 구조에 대한 에너지 밴드 다이어그램 시뮬레이션 결과와 동일하게 Positive Bias 영역에서 자가 정류 특성을 획득하였고, 결과적으로 Read 동작 시 발생하는 Cross-talk 현상을 차단할 수 있는 결과를 확보하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2005.05a
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• pp.67-67
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• 2005

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.342-342
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• 2012

Resistance-change Random Access Memory (ReRAM), which utilizes electrochemical control of nanoscale quantities of metal in thin films of solid electrolyte, shows great promise as a future solid state memory. The technology utilizes the electrochemical formation and removal of metallic pathways in thin films of solid electrolyte. Key attributes are low voltage and current operation, excellent scalability, and a simple fabrication sequence. In this study, we investigated the nature of thin films formed by photo doping of Ag+ ions into chalcogenide materials for use in solid electrolyte of programmable metallization cell devices. We measured the I-V characteristics by field-effect of the device. The results imply that a Ag-rich phase separates owing to the reaction of Ag with free atoms from chalcogenide materials.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.396-396
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• 2013

The resistive random access memory (ReRAM) has several advantages to apply next generation non-volatile memory device, because of fast switching time, long retentions, and large memory windows. The high mobility of monolayered graphene showed several possibilities for scale down and electrical property enhancement of memory device. In this study, the monolayered graphene grown by chemical vapor deposition was transferred to $SiO_2$ (100 nm)/Si substrate and glass by using PMMA coating method. For formation of metal-oxide nanoparticles, we used a chemical reaction between metal films and polyamic acid layer. The 50-nm thick BPDA-PDA polyamic acid layer was coated on the graphene layer. Through soft baking at $125^{\circ}C$ or 30 min, solvent in polyimide layer was removed. Then, 5-nm-thick indium layer was deposited by using thermal evaporator at room temperature. And then, the second polyimide layer was coated on the indium thin film. After remove solvent and open bottom graphene layer, the samples were annealed at $400^{\circ}C$ or 1 hr by using furnace in $N_2$ ambient. The average diameter and density of nanoparticle were depending on annealing temperature and times. During annealing process, the metal and oxygen ions combined to create $In_2O_3$ nanoparticle in the polyimide layer. The electrical properties of $In_2O_3$ nanoparticle ReRAM such as current-voltage curve, operation speed and retention discussed for applictions of transparent and flexible hybrid ReRAM device.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.28.2-28.2
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• 2011

Resistance random access memory (ReRAM) is a promising candidate for next-generation nonvolatile memory because of its advantageous qualities such as simple structure, superior scalability, fast switching speed, low-power operation, and nondestructive readout. We investigated the resistive switching behavior of tantalum oxide that has been widely used in dynamic random access memories (DRAM) in the present semiconductor industry. As a result, it possesses full compatibility with the entrenched complementary metal-oxide-semiconductor processes. According to previous studies, TiN is a good oxygen reservoir. The TiN top electrode possesses the specific properties to control and modulate oxygen ion reproductively, which results in excellent resistive switching characteristics. This study presents fully room temperature fabricated the TiN/$TaO_x$/Pt devices and their electrical properties for nonvolatile memory application. In addition, we investigated the TiN electrode dependence of the electrical properties in $TaO_x$ memory devices. The devices exhibited a low operation voltage of 0.6 V as well as good endurance up to $10^5$ cycles. Moreover, the benefits of high devise yield multilevel storage possibility make them promising in the next generation nonvolatile memory applications.