• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제4권2호
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• pp.110-116
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• 2004

We propose a novel sensing scheme, which operates by sensing the difference in voltage between a memory cell and a reference cell for a magneto-resistive random access memory (MRAM). A new midpoint-reference generation circuit is adopted for the reference cell to improve the sensing margin and to guarantee correct operation of sensing circuit for wide range of tunnel magneto resistance (TMR) voltages. In this scheme, the output voltage of the reference cell becomes nearly the midpoint between the cell voltages of high and low states even if the voltage across the magnetic tunnel junction (MTJ) varies.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.174-174
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• 2014

Memristor devices are one of the most promising candidate approaches to next-generation memory technologies. Memristive switching phenomena usually rely on repeated electrical resistive switching between non-volatile resistance states in an active material under the application of an electrical stimulus, such as a voltage or current. Recent reports have explored the use of variety of external operating parameters, such as the modulation of an applied magnetic field, temperature, or illumination conditions to activate changes in the memristive switching behaviors. Among these possible choices of signal controlling factors of memristor, photon is particularly attractive because photonic signals are not only easier to reach directly over long distances than electrical signal, but they also efficiently manage the interactions between logic devices without any signal interference. Furthermore, due to the inherent wave characteristics of photons, the facile manipulation of the light ray enables incident light angle controlled memristive switching. So that, in the tautological sense, device orienting position with regard to a photon source determines the occurrence of memristive switching as well. To demonstrate this position controlled memory device functionality, we have fabricated a metal-semiconductor-metal memristive switching nanodevice using ZnO nanorods. Superhydrophobicity employed in this memristor gives rise to illumination direction selectivity as an extra controlling parameter which is important feature in emerging. When light irradiates from a point source in water to the surface treated device, refraction of light ray takes place at the water/air interface because of the optical density differences in two media (water/air). When incident light travels through a higher refractive index medium (water; n=1.33) to lower one (air; n=1), a total reflection occurs for incidence angles over the critical value. Thus, when we watch the submerged NW arrays at the view angles over the critical angle, a mirror-like surface is observed due to the presence of air pocket layer. From this processes, the reversible switching characteristics were verified by modulating the light incident angle between the resistor and memristor.

• Composites Research
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• 제17권4호
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• pp.18-24
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• 2004

본 논문에서는 복합재 구조물에 대하여 형상기억합금 선을 이용한 능동 형상 제어에 관한 연구를 수행하였다. 형상기억합금 선의 열-기계적인 특성을 실험적으로 측정하였으며, 복합재 보 시편의 표면에 볼트를 이용하여 형상기억합금 작동기를 고정하는 방법으로 하이브리드 복합재 구조물을 제작하였다 형상기억합금 작동기는 온도 상승에 의한 상변화에 의해 작동되며, 본 연구에서는 형상기억합금 작동기에 전력을 가하여 내부 저항을 통해 발생하는 열을 이용하여 구동하였다. 보다 빠르고 정확한 형상 및 변형 제어를 위하여 수치적 시뮬레이션을 통한 PID 되먹임 제어기를 설계하였으며, 형상기억합금 작동기에 적용하는 실험을 수행하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.78.1-78.1
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• 2012

비 휘발성 저항 메모리소자인 resistance random access memory (ReRAM)는 빠른 동작특성과 저 전압 특성을 나타내고 비교적 간단한 소자구조로 고집적화에 유리하여 기존의 DRAM과 flash 메모리, SRAM 등이 갖고 있는 한계를 극복할 수 있는 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항 메모리소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO 를 기반으로 하는 amorphous InGaZnO (a-IGZO) 박막은 저온에서 대면적 증착이 가능하며 다른 비정질 재료에 비해 높은 전하 이동도를 갖기 때문에 박막트랜지스터 적용 시 우수한 전기적 특성을 나타낸다. 또한 빠른 동작특성과 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 본 연구에서는 MOM(metal/oxide/metal) 구조를 기반한 TiN/a-IGZO/ITO 구조의 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. IGZO 박막은 radio frequency (RF) sputter 를 이용하여 ITO/glass 기판 위에 증착하였다. MOM 구조를 위한 상부 TiN 전극은 e-beam evaporation 을 이용하여 증착하였다. 제작된 저항 메모리소자는 안정적인 unipolar resistive switching 특성을 나타내었으며, TiN 상부전극과 IGZO 계면 간의 Transmission Electron Microscopy (TEM) 분석을 통해 전압 인가 후 전극 금속 물질의 박막 내 삽입으로 인한 금속 필라멘트의 형성을 관찰 할 수 있었다. 합성된 박막의 형태와 결정성은 Scanning electron microscope (SEM)와 X-ray Diffraction (XRD)을 통해 평가 하였으며, 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145 를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.343-344
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• 2012

It has been known since the mid 1960s that Ag can be photodissolved in chalcogenide glasses to form materials with interesting technological properties. In the 40 years since, this effect has been used in diverse applications such as the fabrication of relief images in optical elements, micro photolithographic schemes, and for direct imaging by photoinduced Ag surface deposition. ReRAM, also known as conductive bridging RAM (CBRAM), is a resistive switching memory based on non-volatile formation and dissolution of a conductive filament in a solid electrolyte. Especially, Ag-doped chalcogenide glasses and thin films have become attractive materials for fundamental research of their structure, properties, and preparation. Ag-doped chalcogenide glasses have been used in the formation of solid electrolyte which is the active medium in ReRAM devices. In this paper, we investigated the nature of thin films formed by the photo-dissolution of Ag into Ge-Se glasses for use in ReRAM devices. These devices rely on ion transport in the film so produced to create electrically programmable resistance states. [1-3] We have demonstrated functionalities of Ag doped chalcogenide glasses based on their capabilities as solid electrolytes. Formation of such amorphous systems by the introduction of Ag+ ions photo-induced diffusion in thin chalcogenide films is considered. The influence of Ag+ ions is regarded in terms of diffusion kinetics and Ag saturation is related to the composition of the hosting material. Saturated Ag+ ions have been used in the formation of conductive filaments at the solid electrolyte which is the active medium in ReRAM devices. Following fabrication, the cell displays a metal-insulator-metal structure. We measured the I-V characteristics of a cell, similar results were obtained with different via sizes, due to the filamentary nature of resistance switching in ReRAM cell. As the voltage is swept from 0 V to a positive top electrode voltage, the device switches from a high resistive to a low resistive, or set. The low conducting, or reset, state can be restored by means of a negative voltage sweep where the switch-off of the device usually occurs.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.180-180
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• 2015

Solution processed Resistive random access memory (ReRAM)은 간단한 공정 과정, 고집적도, 저렴한 가격, 대면적화 플라즈마 데미지 최소화 등의 장점으로 차세대 비휘발성 메모리로 써 많은 관심을 받고 있으며, 주로 high-k 물질인 HfOx, TiOx, ZnO 가 이용 된다. IGZO와 ZTO와 같은 산화물 반도체는 높은 이동도, 대면적화, 넓은 밴드갭으로 인하여 투명한 장점으로 LCDs (Liquid crystal displays)에 이용 가능하며, 최근에는 IGZO와 ZTO에서 Resistive Switching (RS) 특성을 확인한 논문이 보고되면서 IGZO와 ZTO를 ReRAM의 switching medium와 TFT의 active material로써 동시에 활용하는 것에 많은 관심을 받고 있다. 이와 같은 산화물 반도체는 flat panel display 회로에 TFT와 ReRAM의 active layer로써 집적가능 하며 systems-on-panels (SOP)에 적용 가능하다. 하지만 IGZO 보다는 ZTO가 In과 Ga을 포함하지 않기 때문에 저렴하다. 그러므로 IGZO를 대신하는 물질로 ZTO가 각광 받고 있다. 본 실험에서는 ZTO film에 Al을 doping하여 메모리 특성을 평가하였다. 실험 방법으로는 p-type Si에 습식산화를 통하여 SiO2를 300 nm 성장시킨 기판을 사용하였다. 그리고 Electron beam evaporator를 이용하여 Ti를 10 nm, Pt를 100 nm 증착 한다. 용액은 Zn와 Tin의 비율을 1:1로 고정한 후 Al의 비율을 0, 0.1, 0.2의 비율로 용액을 각각 제작하였다. 이 용액을 이용하여 Pt 위에 spin coating방법을 이용하여 1000 rpm 10초, 6000 rpm 30초의 조건으로 AZTO (Al-ZnO-Tin-Oxide) 박막을 증착한 뒤, solvent 및 불순물 제거를 위하여 $250^{\circ}C$의 온도로 30분 동안 열처리를 진행하였다. 이후 Electron beam evaporator를 이용하여 top electrode인 Ti를 100 nm 증착하였다. 제작된 메모리의 전기적 특성은 HP 4156B semiconductor parameter analyzer를 이용하여 측정하였다. 측정 결과, AZTO (0:1:1, 0.1:1:1, 0.2:1:1)를 이용하여 제작한 ReRAM에서 RS특성을 얻었으며 104 s이상의 신뢰성 있는 data retention특성을 확인하였다. 그리고 Al의 비율이 증가할수록 on/off ratio가 증가하고 endurance 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 결론적으로 Al을 doping함으로써 ZTO film의 메모리 특성을 향상 시켰으며 AZTO film을 메모리와 트랜지스터의 active layer로써 활용 가능할 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.306.1-306.1
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• 2014

정보화 시대의 발전에 따라 점점 더 많은 정보를 더욱 빠르게 처리할 수 있는 기기들이 요구되고 있다. 메모리는 그 중에서 핵심적인 부품으로써 소자의 고집적화와 고속화가 계속 진행되면서 기존의 메모리 소자들은 집적화에서 그 한계에 도달하고 있다. 기존 소자들의 집적화의 한계를 극복하기 위하여 새로운 비휘발성 메모리 소자들이 제안되었다. 그 중 resistive switching random access memory(ReRAM)은 저항의 변화특성을 사용하는 메모리로 간단한 구조를 가지고 있기 때문에 집적화에 유리하다는 장점을 가지고 있다. 그 외에도 빠른 동작 속도와 낮은 전압에서의 동작이 가능하여 차세대 메모리로써 각광받고 있는 추세이다. 본 연구실에서는 이미 nitride 물질을 기반으로 한 여러 ReRAM 소자들을 제안해 왔다. 그 중 AlN-based ReRAM 소자는 빠른 동작 속도와 좋은 내구성을 보인 바 있다. 하지만 상업화를 위해서 해결해야 할 문제점들이 아직 존재하고 있다. 대표적으로 소자의 배열에서 각 소자의 균일한 동작이 보증되어야 하기 때문에 소자의 셋/리셋 전압의 산포를 줄이고 동작 전류 레벨을 낮추어야 할 필요성이 존재한다. 이러한 ReRAM의 이슈를 해결하기 위해, 본 실험에서는 기존의 AlN-based ReRAM 소자에 Ti를 도핑 방법을 이용하여 소자의 동작 전압 및 전류의 산포를 줄이기 위한 연구를 진행 하였다. 본 실험은 co-sputtering 방법을 이용하여 Ti가 도핑된 AlN을 저항변화 물질로 사용하여 그 특성을 살펴보았다. Ti의 도핑 효과로 소자의 신뢰성 향상 및 동작 전압의 감소 등의 효과를 얻을 수 있었다. 이는 nitride 기반 물질에서 Ti dopant에 의해 형성된 TiN의 효과로 설명된다. TiN는 metallic한 특성을 지니고 있기에 저항변화물질 내에서 일종의 metallic particle의 역할을 수행할 수 있다. 따라서 conducting path의 형성과정에서 이러한 particle 들이 전계를 유도하여 좀 더 균일한 set/reset 특성을 나타내게 된다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권8호
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• pp.172-177
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• 2014

두 가지 $N_2$ 프로세스(성장 중 반응성 질소 그리고 질소 플라즈마 경화)에 의해 특별히 개선된 AsGeTeS 위에 만들어진 문턱 스위칭 소자를 제시하고자 한다. 적층과 열적 안정적인 소자 구조가 가능한 두 스텝 프로세스에서의 질소의 사용은 나노급 배열 회로의 응용에서의 스위치와 메모리 소자의 집적을 가능하게 한다. 이것의 좋은 문턱 스위칭 특성에도 불구하고 AsTeGeSi 기반의 스위치는 높은 온도에서의 신뢰성 있는 저항 메모리 적용에 중요한 요소를 가진다. 이것은 보통 Te의 농도 변화에 기인한다. 그러나 chalconitride 스위치(AsTeGeSiN)은 $30{\times}30(nm^2)$ 셀에서 $1.1{\times}10^7A/cm^2$가 넘는 높은 전류 농도를 갖는 높은 온도 안정성을 보여준다. 스위치의 반복 능력은 $10^8$번을 넘어선다. 더하여 AsTeGeSiN 선택 소자를 가진 TaOx 저항성 메모리를 사용한 1 스위치-1저항으로 구성된 메모리 셀을 시연하였다.