‘3차원 적층형 비휘발성 유기물 저항 변화 메모리 소자’가 국내 연구진에 의해 개발되었습니다. 3차원 적층형 유기 메모리 소자 모식도 비휘발성 유기 저항 변화형 메모리의 대표적인 전류-전압 (I-V) 곡선.(a)-(c) 1, 2, 3 층에서 선택된 메모리 셀에서의 대표적인 전류-전압(I-V) 곡선. 내부 그림의 빨간색은 각 층에서의 메모리 셀 위치를 나타냄.
유기 저항 변화 메모리 소자(Organic Resistive memory device)는 유기 소재를 이용한 메모리 소자로서, 제조 가격이 저렴하고 제작 기술이 간단하며 또한 저온 공정과 구부러지는 플라스틱(flexible plastic) 제품에 적용할 수 있어 현재 많은 연구가 진행되고 있습니다.
상하부 전극사이의 유기 소재가 인가된 전압에 따라 서로 다른 두 가지의 저항상태인 고 저항 상태(High resistance state)와 저 저항 상태(Low resistance state)를 가지고, 이러한 저항 상태가 외부의 전원 없이 유지되기 때문에 차세대 비휘발성 메모리 소자의 하나로 각광받고 있습니다.
지금까지 세계의 연구자들은 실리콘 등 무기물을 활용한 비휘발성 메모리 소자의 집적화를 극대화하고자 3차원 적층구조를 연구해왔습니다.
유기물을 사용하면 제작 과정이 간단하고 비용도 저렴하면서 자유자재로 휘어지는 메모리 소자를 구현할 수 있기 때문에, 세계적인 연구팀들은 유기물을 이용한 3차원 적층형 메모리 소자 연구에 집중했는데요.
그러나 유기물을 소재로 한 비휘발성 메모리 소자를 3차원 적층으로 공정하면, 위층 유기물 용매가 아래층으로 혼합되어 층간을 구분할 수 없어지기 때문에 고집적 적층 유기 메모리 소자를 개발하는 데에는 한계가 있었습니다.
이를 광주과학기술원 이탁희 교수팀이 기존의 무기물을 활용한 방법보다 공정이 간단하고 비용도 저렴한 차세대 고집적 반도체 메모리 소자를 개발한 것입니다.
이탁희 교수 송성훈 박사과정생
3차원으로 적층된 유기물 저항 변화 메모리 소자의 모식도.(a) 8 ☓ 8 크로스바 형태로 3차원 적층된 유기물 저항 변화 메모리 소자 구조 개념도. 전체 192개의 메모리 셀이(오렌지색) 제작됨. (b) 투과전자현미경을 통해 본 3차원 적층 구조의 메모리 소자 수직절단면 이미지 (c) 메모리 소자로 사용된 유기물의 분자구조식 8 ☓ 8 어레이 타입의 3차원 적층된 메모리 소자의 통계적 분석.(a) 3차원으로 적층된 메모리 삽화(left part) 및 각 층에서 동작하는 메모리 셀(빨간색)과 동작하지 않는 메모리 셀(검정색) 분포도 (right part)(b) 160개의 동작하는 메모리 셀을 바탕으로 on state 와 off state 전류값의 분포 분석 (c) 메모리 동작을 위한 각 층의 문턱전압의 분포 비교 3차원으로 적층된 각 층의 메모리 성능 평가 및 비교(a) 쓰기-읽기-지우기-읽기(Write-Read-Erase-Read) cycle 테스트. 펄스(Pulse) 형태의 전압을 연속적으로 인가하였을 때, 그에 대응하는 On/Off의 전류값 반복 사이클 곡선(b) 각 층의 메모리 셀의 DC 전압에 의한 메모리 내구성(c) 각 층의 메모리 셀의 시간에 따른 비휘발성 정보유지 능력
이 교수팀은 경화(curing) 공정이 가능한 유기물 소재(폴리이미드와 버키볼 풀러린 유도체 분자)를 혼합한 유기물을 사용, 데이터 지우기와 쓰기가 가능한 3차원 적층 형태를 갖춘 유기물 비휘발성 메모리 소자를 구현했습니다.
이번 연구결과는 재료공학분야에서 권위 있는 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)’ 제22권 제44호(2010년 11월 24일) 표지논문에 게재됐습니다.
이탁희 교수팀은 최근 2년간 하이브리드 유기 메모리 소자와 휘어지는 유기 메모리 소자 연구로, 이 학술지에 무려 네 차례나 표지논문으로 선정되는 영예를 얻었습니다.
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