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자체전원공급 가능한 시스템을 위한 유연한 저전력 저항 메모리 소자
Muhammad Muqeet Rehman,Hafiz Mohammad Mutee ur Rehman,Shenawer Ali Khan,Muhammad Saqib,Woo Young Kim 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
최근 유기 비휘발성 메모리 장치는 주목받고 있다 1, 2. 본 연구에서, 두 고분자 물질(오렌지 염료, 폴리 3-헥실티오핀)의 합성물로 제작된 비휘발성 메모리 소자를 보고한다. 이 메모리 소자는 유연기판 상에 은(Ag)/유기복합체/은(Ag)의 샌드위치 구조를 가지도록 제조되었다. 제작된 메모리 소자는 -1.5V에서 +1.5V 까지의 동작전압 범위에서 전류 상한선을 1mA를 가지도록 작동하였고, 그 결과 저전력소모 동작이 가능하게 되었다. 또한 100 번 이상의 반복 측정에서도 고저항 상태와 저저항 상태가 서로 간섭하지 않고 일정한 동작을 유지하였으며, 4시간 이상 연속 동작에서도 정상 동작하였음을 확인하였다. 이 메모리 소자의 동작 메커니즘은 공간전하제한 전류(SCLC) 메커니즘으로 작동함을 이중로그 곡선으로부터 확인할 수 있었고, 오렌지 염료를 추가할수록 메모리동작을 위한 문턱전압의 크기가 감소함을 확인하였다. 폴리 3-헥실티오핀 기반의 기존 연구결과에 비해 굽힘반경 5cm 범위까지 25 번의 굽힘측정에서도 안정적인 결과를 나타내었다. 본 연구 성과는 유기물질을 기반으로 하는 고신뢰성 저전력 메모리 소자를 위한 중요한 진전으로 평가되며, 나노발전소자와도 호환가능한 자체전력공급 가능한 시스템의 중요한 요소로서 기여할 것으로 기대된다. Organic nonvolatile memory devices are of significant interest these days<sup>1,2</sup>. In this study we have reported the non-volatile memory behavior of an organic composite based on two polymers i.e. orange dye (OD) and poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT). This memory device was fabricated on flexible substrate for the possible application of wearable electronics with a sandwiched structure of silver (Ag)/P3HT-OD/Ag. This device exhibited its memory behavior by applying a small voltage sweep of – 1.5 V to 1.5 V with a current compliance (CC) of 10<sup>-3</sup> A hence, resulting in low power consumption. The obtained electrical results were highly stable as the values of both high resistance state (HRS) and low resistance state (LRS) were not deteriorated for more than 100 voltage sweeps. The device was tested for nearly 4 h without any considerable deterioration in its electrical characteristics. The conduction mechanism of this device was based on space charge limited current (SCLC) model as depicted form the double logarithmic I-V curve. Addition of OD resulted in the reduction of threshold voltage (V<sub>th</sub>) value due to its lower value of work function which provided an easy path for the charge carriers to move from one electrode to another electrode. Significant achievement of this work is that no other P3HT based RRAM device has been characterized for its mechanical robustness, but our memory device showed stable electrical results against 25 bending cycles in the bending diameter range of 15 cm to 5 cm. This device is a significant step forward towards achieving a next generation low power memory device based on organic materials. Also, this low-power device will be expected to combine with nanogenerator for self-powered system in future.
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