AI in EE

AI IN DIVISIONS

AI in Device Division

AI in EE

AI IN DIVISIONS

AI in Device Division

AI in Device Division

우리 학부 조병진 교수 연구팀, iCVD 공정을 이용한 긴 수명과 낮은 소모전력을 가진 저항변화메모리 (RRAM) 개발

우리 학부 조병진 교수, 정재중 박사과정 연구원이 고분자 기반의 긴 수명과 낮은 소모전력을 가진 유연 저항변화 메모리 소자를 개발하였습니다. 본 소자는 iCVD 공정을 이용해 증착한 공중합체 고분자 (pHEMA-co-V3D3) 로 이루어졌습니다. 이 연구는 글로벌프론티어사업 나노기반소프트일렉트로닉스 연구단의 지원을 받아 수행되었습니다.

 

저항변화 메모리 소자는 AI기반 프로세싱 하드웨어에 적합한 소자로서, 사물인터넷에 적합하도록 웨어러블 소자로서의 적용을 위한 유기물질이나 고분자 등의 유연 소재를 이용해 저항변화 메모리 소자를 구현하기 위한위한 활발한 연구가 진행되고 있습니다. 하지만 대부분의 개발된 유기-고분자 기반 유연 저항변화 메모리 소자는 용액공정 기반으로 합성되어 얇은 박막을 형성하기 어렵고 그 박막의 질이 좋지 못한 데다, 수율을 확보하는 면에서도 불리하다는 단점이 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 대면적에서 기상 증착법을 이용해 균일한 고분자 박막을 합성할 수 있는 iCVD (initiated chemical vapor deposition) 공정을 이용한 저항변화 메모리 소자가 연구되고 있습니다. 그러나, iCVD 공정은 그 증착 메커니즘 상 절연성이 강한 고분자를 증착하는 데에 특화되어 있으므로, 이를 이용해 저항변화 메모리를 형성할 경우 저항 변화 메모리를 구동하기 위해 박막 내부에 전류 통로를 형성하는 Forming이 매우 어렵다는 단점이 있습니다.

 

본 연구진은 이 iCVD 공정의 장점을 활용하면서도 Forming이 용이한 저항 변화 소자를 합성하기 위해 박막 내부에 하이드록시기(-OH)를 포함하고 있는, pHEMA (Poly(2-hydroxyethyl methacrylate)) 물질을 도입하였습니다. 해당 고분자를 이용해 별도의 Forming이 필요없는 Forming-free 메커니즘을 가질 뿐만 아니라, 소자에 정보를 입력하거나 지우기 위해 필요한 전력도 매우 낮은 저항 변화 메모리를 만들 수 있음을 확인했습니다. 그러나, pHEMA만 사용해서는 안정성, 특히 메모리에서 매우 중요한 내구성(Endurnace)를 확보하기 어렵다는 단점도 존재했습니다. 이러한 안정성 문제를 안정성을 개선하기 위해 V3D3 (trivinyltrimethyl cyclotrisiloxane)이라는 가교제를 극소량 공중합하여 pHEMA 기반 소자의 전기적 특성은 그대로 유지하면서 그 안정성을 크게 개선하였습니다. 또한, 1.6 %의 인장 응력(tensile stress)가 가해진 상황에서도 그 전기적 특성을 그대로 유지하고 있어 유연 소자로서의 가능성 또한 입증하였습니다.

 

본 연구는  “Advanced Electronic Materials” 에 출판되었습니다. 자세한 내용은 다음 링크에서 확인하실 수 있습니다.

 

그림 1. iCVD를 이용한 pHEMA-co-V3D3 고분자의 합성 메커니즘.

 

그림 2. 유연 기판 위해 형성한 고분자 기반 저항 변화 메모리 소자

 

그림 3. a) 유연 기판 위에서 굽힘 반경 (Bending radius)에 따른 On/off 특성. 이후 인장 강도 1.6 % (굽힘 반경 3 mm) 하에서 측정한 b) On/off 특성 Cumulative Probability c) Set/reset voltage d) On/off retention e) Endurance 특성.

논문: Copolymer-based flexible resistive random access memory prepared by initiated chemical vapor deposition process