금속/산화물/금속 구조에서의 저항 스위칭 메커니즘에 대한 임피던스 분광 분석 = Impedance spectroscopy analysis of resistance switching mechanism in metal/oxide/metal

국문 초록 (Abstract)

금속/산화물/금속 구조에서의 저항 스위칭 메커니즘에 대한 임피던스 분광 분석 Impedance spectroscopy analysis of resistance switching mechanism in metal/oxide/metal 이 솔 지도교수 : 안 승 언 나노반도체공학과 한국공학대학교 산업기술·경영대학원 기존 Flash memory와 DRAM은 소자의 고집적화를 위한 scale down 과 정에서 공정상의 구조적 한계와 난이도 증가로 인해 제조 비용이 상승하 고 있다. 이에 따라 새로운 구조의 차세대 메모리의 필요성이 증가하고 있으며, 그 중 Resistive Random Access Memory(RRAM)는 2-terminal의 멤리스터 기반 소자로 주목 받고있다. RRAM은 인가 전압에 따라 저항 상태가 변화하는 특성을 가지며, 실제 산업에 RRAM을 적용하기 위해서 는 저항 변화에 대한 스위칭 메커니즘을 명확히 할 필요가 있다. 현재까지 많은 연구를 통해 도전성 필라멘트 형성과 소멸을 기반으로 한 스위칭 모델이 제시되어 있지만, 임피던스 분광 분석을 활용한 저항 스위칭 메커니즘 해석은 상대적으로 부족한 실정이다. 본 연구에서는 R 금속/산화물/금속 구조의 NiO 기반 RRAM 소자를 대상으로, 임피던스 측 정을 통해 얻은 등가회로 모델을 제안하고, C-AFM을 통해 관측된 필라 멘트 정보를 연계하여 저항 스위칭 현상을 정량적·물리적으로 분석하였 다. 이를 통해 RRAM 스위칭 메커니즘에 대한 새로운 해석 방향을 제시 하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 표 목차 ⅰ
• 그림목차 ⅱ
• 기호설명 ⅲ
• 국문요약 ⅵ
• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론 3
• 제1절 Overview of RRAM 3
• 1. Device structure and operation principle 3
• 2. RRAM mechanism 6
• 3. RRAM resistive switching mechanism 8
• 제2절 Nickle Oxide (NiO) RRAM 11
• 1. Resistive switching characteristics of NiO RRAM 11
• 2. NiO RRAM Conductive Filament (CF) 14
• 제3절 Impedance Theory 15
• 1. Impedance Theory 15
• 2. Self-Inductance and Induced Current 22
• 3. Mutual Inductance 24
• Ⅲ. 본론 27
• 제1절 Experimental Background and Technical Issues for NiO-based RRAM Device Fabrication 27
• 1. Material characteristics and Technical Considerations of NiO-based RRAM 27
• 2. Technological Factors Affecting Device Operation Reliability 31
• 제2절 Fabrication and Experimental Characterization of NiO-based RRAM Devices 33
• 1. Fabrication conditions of NiO-based RRAM devices 33
• 2. Experimental methods and characterization techniques 37
• 제3절 Impedance Spectroscopy Analysis of Resistive Switching Device 39
• 1. Analysis of impedance characteristics 39
• 2. Equivalent Circuit Modeling and Mutual Inductance Analysis 43
• 3. Physical Interpretation and validation of the model 50
• Ⅳ. 결론 52
• 참고문헌 53
• Abstract 61