• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.26 no.3
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• pp.76-80
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• 2016

CoSiB is the amorphous ferromagnetic material and multilayer consisting of CoSiB and Pd has perpendicular magnetic anisotropic property. PMA has strong advantages for STT-MRAM. Moreover, amorphous materials have two advantages more than crystalline materials: no grain boundary and good thermal stability. Therefore, we studied the magnetic properties of multilayers consisting of the $Co_{75}Si_{15}B_{10}$ with PMA. In this study, we investigated the magnetic property of the [CoSiB (3, 4, 5, and 6) ${\AA}$/Pd(11, 13, 15, 17, 19,and $24{\AA})]_5$ multilayers and found the annealing temperature dependence of the magnetic property. The annealing temperature range is from room temperature to $500^{\circ}C$. The coercivity and the saturation magnetization of the CoSiB/Pd multilayer system have a close association with the annealing temperature. Moreover, the coercivity especially shows a sudden increasing at the specific annealing temperature.

• International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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• v.10 no.4
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• pp.6-11
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• 2018

As embedded memory technology evolves, the traditional Static Random Access Memory (SRAM) technology has reached the end of development. For deepening the manufacturing process technology, the next generation memory technology is highly required because of the exponentially increasing leakage current of SRAM. Non-volatile memories such as STT-MRAM (Spin Torque Transfer Magnetic Random Access Memory), PCM (Phase Change Memory) are good candidates for replacing SRAM technology in embedded memory systems. They have many advanced characteristics in the perspective of power consumption, leakage power, size (density) and latency. Nonetheless, nonvolatile memories have two major problems that hinder their use it the next-generation memory. First, the lifetime of the nonvolatile memory cell is limited by the number of write operations. Next, the write operation consumes more latency and power than the same size of the read operation.These disadvantages can be solved using the compiler. The disadvantage of non-volatile memory is in write operations. Therefore, when the compiler decides the layout of the data, it is solved by optimizing the write operation to allocate a lot of data to the SRAM. This study provides insights into how these compiler and architectural designs can be developed.

• 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 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 KIISE
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• v.42 no.2
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• pp.183-189
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• 2015

Recently, computer systems have encountered difficulties in making further progress due to the technical limitations of DRAM based main memory technologies. This has motivated the development of next generation memory technologies that have high density and non-volatility. However, these new memory technologies also have their own intrinsic limitations, making it difficult for them to currently be used as main memory. In order to overcome these problems, we propose a hybrid main memory system, namely HyMN, which utilizes the merits of next generation memory technologies by combining two types of memory: Write-Affable RAM(WAM) and Read-Affable RAM(ReAM). In so doing, we analyze the appropriate WAM size for HyMN, at which we can avoid the performance degradation. Further, we show that the execution time performance of HyMN, which provides an additional benefit of durability against unexpected blackouts, is almost comparable to legacy DRAM systems under normal operations.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.403-404
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• 2013

최근 scaling down의 한계에 부딪힌 DRAM과 Flash Memory를 대체하기 위한 차세대 메모리(Next Generation Memory)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. ITRS (international technology roadmap for semiconductors)에 따르면 PRAM (phase change RAM), RRAM (resistive RAM), STT-MRAM (spin transfer torque magnetic RAM) 등이 차세대 메모리로써 부상하고 있다. 그 중 RRAM은 간단한 구조로 인한 고집적화, 빠른 program/erase 속도 (100~10 ns), 낮은 동작 전압 등의 장점을 갖고 있어 다른 차세대 메모리 중에서도 높은 평가를 받고 있다 [1]. 현재 RRAM은 주로 금속-산화물계(Metal-Oxide) 저항 변화 물질을 기반으로 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 근본적으로 공정 과정에서 산소에 의한 오염으로 인해 수율이 낮은 문제를 갖고 있으며, Endurance 및 Retention 등의 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 본 연구진은 산소 오염에 의한 신뢰성 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 다양한 금속-질화물(Metal-Nitride) 기반의 저항 변화 물질을 제안해 연구를 진행하고 있으며, 우수한 열적 안정성($>450^{\circ}C$, 높은 종횡비, Cu 확산 방지 역할, 높은 공정 호환성 [2] 등의 장점을 가진 WN 박막을 저항 변화 물질로 사용하여 저항 변화 메모리를 구현하기 위한 연구를 진행하였다. WN 박막은 RF magnetron sputtering 방법을 사용하여 Ar/$N_2$ 가스를 20/30 sccm, 동작 압력 20 mTorr 조건에서 120 nm 의 두께로 증착하였고, E-beam Evaporation 방법을 통하여 Ti 상부 전극을 100 nm 증착하였다. I-V 실험결과, WN 기반의 RRAM은 양전압에서 SET 동작이 일어나며, 음전압에서 RESET 동작을 하는 bipolar 스위칭 특성을 보였으며, 읽기 전압 0.1 V에서 ~1 order의 저항비를 확보하였다. 신뢰성 분석 결과, $10^3$번의 Endurance 특성 및 $10^5$초의 긴 Retention time을 확보할 수 있었다. 또한, 고저항 상태에서는 Space-charge-limited Conduction, 저저항 상태에서는 Ohmic Conduction의 전도 특성을 보임에 따라 저항 변화 메카니즘이 filamentary conduction model로 확인되었다 [3]. 본 연구에서 개발한 WN 기반의 RRAM은 우수한 저항 변화 특성과 함께 높은 재료적 안정성, 그리고 기존 반도체 공정 호환성이 매우 높은 강점을 갖고 있어 핵심적인 차세대 메모리가 될 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.23 no.4
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• pp.122-125
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• 2013

Perpendicular magnetic anisotropy (PMA) is the phenomenon of magnetic thin film which is preferentially magnetized in a direction perpendicular to the film's plane. Amorphous multilayer with PMA has been studied as the good candidate to realization of high density STT-MRAM (Spin Transfer Torque-Magnetic Random Access Memory). The current issue of high density STT-MRAM is a decrease in the switching current of the device and an application of amorphous materials which are most suitable devices. The amorphous ferromagnetic material has low saturated magnetization, low coercivity and high thermal stability. In this study, we presented amorphous ferromagnetic multilayer that consists of an amorphous alloy CoSiB and a nonmagnetic material Pd. We investigated the change of PMA of the $[CoSiB\;t_{CoSiB}/Pd\;1.3nm]_5$ multilayer ($t_{CoSiB}$ = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 nm, and $t_{Pd}$ = 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 nm) and $[CoSiB\;0.3nm/Pd\;1.3nm]_n$ multilayer (n = 3, 5, 7, 9, 11, 13). This multilayer is measured by VSM (Vibrating Sample Magnetometer) and analyzed magnetic properties like a coercivity ($H_c$) and a magnetization ($M_s$). The coercivity in the $[CoSiB\;t_{CoSiB}\;nm/Pd\;1.3nm]_5$ multi-layers increased with increasing $t_{CoSiB}$ to reach a maximum at $t_{CoSiB}$ = 0.3 nm and then decreased for $t_{CoSiB}$ > 0.3 nm. The lowest saturated magnetization of $0.26emu/cm^3$ was obtained in the $[CoSiB\;0.3nm/Pd\;1.3nm]_3$ multilayer whereas the highest coercivity of 0.26 kOe was obtained in the $[CoSiB\;0.3nm/Pd\;1.3nm]_5$ mutilayer. Additional Pd layers did not contribute to the perpendicular magnetic anisotropy. The single domain structure evolved in to a striped multi-domain structure as the bilayer repetition number n was increased above 7 after which (n > 7) the hysteresis loops had a bow-tie shapes.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.24 no.2
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• pp.35-40
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• 2014

We investigate magnetism and magnetocrystalline anisotropy of CoFe thin films, using VASP code in GGA. In this study Co-terminated and Fe-terminated 5-layer CoFe thin films are employed. The Co-terminated CoFe thin film shows two total energy minima at 2-dimensional lattice constants of $2.45{\AA}$ and $2.76{\AA}$. The film of $2.45{\AA}$ has fcc-like structure and the film of $2.76{\AA}$ has bcc-like structure similarly to a bulk CoFe alloy. And the fcc-like film is more stable by the energy difference of about 160 meV compared to the bcc-like film. The Fe-terminated CoFe film shows very complicated behaviour of total energy which is suspected to be closely related to its complex magnetic structure. The Co-terminated CoFe film of $2.76{\AA}$ shows perpendicular magnetocrystalline anisotropy (MCA), while the film of 2.45 does parallel MCA. The Fe-terminated CoFe film also exhibits similar MCA behaviour.