KR100836759B1 - 유기 메모리 소자 및 그 형성 방법 - Google Patents

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조병옥
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Abstract

두 전극 사이에 자기조직화단분자막과 적어도 두 저항 상태들 사이에서 스위칭 가능한 메모리막이 놓인 메모리 셀이 제공된다. 자기조직화단분자막은 전극과 메모리막 사이의 접착을 향상시키고 이들 사이의 계면특성을 향상시킬 수 있다.
메모리 소자, 저항 메모리, 폴리머, 단분자막

Description

유기 메모리 소자 및 그 형성 방법{Organic Memory Device and Method of forming thereof}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 메모리 소자를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기조직화단분자막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3a 및 도 3b는 자기조직화단분자막을 갖지 않는 유기 메모리 소자 및 본 발명의 일 실시예에 따른 자기조직화단분자막을 갖는 유기 메모리 소자의 전류-전압 곡선 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 3a 및 도 3b의 유기 메모리 소자를 반복적으로 셋 상태 및 리셋 상태로 하면서 측정한 전류값을 나타낸다.
본 발명은 메모리 소자 및 그 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유기 메모리 소자 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
최근 정보통신 산업의 눈부신 발전으로 인하여 각종 메모리 소자의 수요가 급증하고 있다. 특히 휴대용 단말기, 각종 스마트카드, 전자 화폐, 디지털 카메라, 게임용 메모리, MP3 플레이어 등에 필요한 메모리 소자는 전원이 꺼지더라도 기록된 정보가 지워지지 않는 비휘발성을 요구하고 있다. 현재 이러한 비휘발성 메모리는 실리콘 재료 같은 무기재료 메모리 소자가 대부분이다. 그런데 기존의 무기재료 메모리 소자의 고성능, 고집적화를 위한 제조 공정은 복잡하고 미세화 공정은 그 한계에 도달하고 있다.
이에 초고속, 고용량, 저소비전력, 저가격 특성의 차세대 메모리 소자의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 유기재료를 이용한 유기 메모리 소자가 대표적인 차세대 메모리 소자이다. 유기 메모리 소자는 두 전극 사이에 유기물질을 도입하고 여기에 전압을 가하여 저항값의 쌍안정성 (bistability)을 이용하여 메모리 특성을 구현하는 것이다. 즉, 유기 메모리는 두 전극 사이에 존재하는 유기물질이 전기적 신호에 의해 저항이 가역적으로 변해서 데이터 '0' 과 '1'을 기록하고 읽을 수 있는 형태의 메모리이다. 이러한 유기 메모리는 기존의 무기 재료에 기반을 둔 메모리의 장점인 비휘발성은 구현하면서 단점으로 꼽히던 공정성, 제조비용, 집적도 문제를 극복할 수 있어 차세대 메모리로 큰 기대를 모으고 있다.
하지만, 유기 메모리 소자의 동작 조건에서 고분자나 유기 소재의 열적, 화학적 안정성이 보장되지 않기 때문에 고집적 메모리가 요구하는 특성을 만족시키기가 어려울 수 있다. 또한, 전극과의 물리적.화학적 특성의 차이가 커서 전극과 유기물질 사이의 계면 특성이 양호하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예들은 신뢰성 있는 유기 메모리 소자 및 그 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 메모리 소자는 제1전극, 상기 제1전극에 결합한 단분자막; 상기 단분자막에 결합한 유기 메모리막; 그리고 상기 유기 메모리막에 결합한 제2전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 다른 유기 메모리 소자 형성 방법은 제1전극을 형성하는 것; 상기 제1전극에 선택적으로 흡착하여 화학결합하는 단분자막을 형성하는 것; 상기 단분자막 상에 유기 메모리막을 형성하는 것; 그리고, 상기 유기 메모리막 상에 제2전극 을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 메모리 소자 형성 방법은 기판상에 하부 전극을 형성하는 것; 상기 하부 전극이 형성된 기판을 용액에 담가 상기 하부 전극에 선택적으로 흡착하여 화학결합하는 자기조직화단분자막을 형성하는 것; 상기 자기조직화단분자막상에 유기 메모리막을 형성하는 것; 그리고, 상기 유기 메모리막 상에 상부 전극을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해서 설명을 한다. 하지만, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 (또는 층) 및 영역 등의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막 (또는 층), 전극 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막 (또는 층), 전극이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역, 막 (또는 층), 전극을 다른 영역, 막 (또는 층), 전극과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다.
본 명세서에서 언급되는 "기판"은 임의의 반도체에 기초한 구조를 가리킬 수 있다. 상기 반도체에 기초한 구조는 실리콘, 절연층 상에 실리콘이 위치하는 에스오아이(SOI:silicon-on-insulator), 사파이어 상에 실리콘이 위치하는 에스오에스(SOS:silicon-on-sapphire), 실리콘-게르마늄, 도핑 또는 도핑 되지 않은 실리콘, 에피탁시 성장 기술에 의해 형성된 에피탁시층, 다른 반도체 구조를 포함할 수 있다. 또 본 명세서에서 언급되는 "기판"은 유리 기판, 플라스틱 기판, 무기 재질 또는 유기 재질로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 메모리 소자를 개략적으로 도시한다. 도 1을 참조하면, 유기 메모리 소자는 두 전극(20, 50) 사이에 놓인 단분자막(30)(monolayer)과 메모리막(40)을 포함한다. 메모리막(40)은 유기재질로 형성된다. 이 메모리막(40)은 적어도 두 저항 상태들 사이에서 스위칭 가능한 유기물이 다. 이 메모리막(40)은 두 전극(20, 50)을 통해 인가되는 전계와 같은 외부 전계 그리고/또는 광 복사(light irradiation)에 의해서 제어가능한 방식으로 전도 상태 (낮은 저항 상태 또는 온 상태 또는 셋 상태), 비전도 상태 (높은 저항 상태 또는 오프 상태 또는 리셋 상태) 또는 이들 사이의 어떠한 전도 상태가 될 수 있다.
예를 들어 메모리막(40)은 폴리이미드(polyimide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리에스테르(polyesters), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리아세탈(polyacetals), 폴리실리콘(polysilicones), 폴리설포네이트(polysulfonates), 노볼락(novolacs), 폴리아세테이트(polyacetates), 폴리알키드(polyalkyds), 폴리아미드이미드(polyamideimides), 폴리실록산(polysiloxanes), 폴리아릴레이트(polyarylates), 폴리아릴술폰(polyarylsulfone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌 설피드(polyphenylene sulfide), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리술폰(polysulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlrorotrifluoroethylene), 폴리비닐이딘 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리비닐 플루오라이드(polyvinyl fluoride), 폴리에테르케톤(polyetherketone), 폴리에테르 에테르케톤(polyether etherketone), 폴리벤족사졸(polybenzoxazoles), 폴리(페닐렌비닐렌)(poly(phenylene vinylene)), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(파라페닐 렌)(poly(paraphenylene)), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 이들의 유도체 또는 이들의 공중합체를 포함할 수 있다.
메모리막(40)은 또한 이상에서 여러 층의 유기물층, 이들 유기물층 사이에 나노입자층이 삽입된 다층막으로 형성될 수 있다. 또한, 유기물층과 나노입자층의 조합으로 형성될 수도 있다. 나노입자층은 나노입자가 배열된 층으로서, 나노입자는 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 철(Fe) 등으로 형성될 수 있고, 또한, 이들 원소를 포함하는 합금 또는 조성물(composite) 등을 포함하여 형성될 수 있다. 또, 나노입자는 버키볼(buckyball), 탄소나노튜를 포함할 수 있다.
두 전극(20, 50)은 각각 독립적으로 금속, 금속 합금, 전도성 금속 산화물, 전도성 금속 질화물, 금속 실리사이드, 전도성 폴리머, 반도체성 물질, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 예시적인 전극 물질은 은, 금, 구리, 알루미늄, 티타늄, 질화티탄(TiN), 질화알루미늄티탄(TiAlN), 탄탈륨, 질화탄탈륨(TaN), 텅스텐, 질화텅스텐(WN), 이리듐, 백금, 팔라듐, 지르코늄, 로듐, 니켈, 코발트, 크롬, 주석, 아연, 인듐-주석 산화물(ITO), 리튬, 마그네슘, 칼슘, 이상에서 열거한 금속의 합금, 또는 폴리실리콘, 전도성 폴리아세틸렌, 전도성 폴리아닐린, 전도성 3,4-에틸렌디옥시티오펜(3,4-ethlenedioxythiophene) 같은 전도성 폴리머 등이 전극 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단분자막(30)에 인접한 제1전극(20)은 금, 은, 구리, 알루미늄, 티타늄, 질화티탄(TiN), 질화알루미늄티탄(TiAlN), 탄탈륨, 질화탄탈 륨(TaN), 텅스텐, 질화텅스텐(WN), 이리듐, 백금, 팔라듐, 지르코늄, 로듐, 니켈, 코발트, 크롬, 주석, 아연, 인듐-주석 산화물(ITO), 리튬, 마그네슘, 칼슘, 이상에서 열거한 금속의 합금, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 메모리막(40)에 인접한 제2전극(50)은 금, 은, 구리, 알루미늄, 티타늄, 질화티탄(TiN), 질화알루미늄티탄(TiAlN), 탄탈륨, 질화탄탈륨(TaN), 텅스텐, 질화텅스텐(WN), 이리듐, 백금, 팔라듐, 지르코늄, 로듐, 니켈, 코발트, 크롬, 주석, 아연, 인듐-주석 산화물(ITO), 리튬, 마그네슘, 칼슘, 이상에서 열거한 금속의 합금, 또는 폴리실리콘, 전도성 폴리아세틸렌, 전도성 폴리아닐린, 전도성 3,4-에틸렌디옥시티오펜(3,4-ethlenedioxythiophene) 같은 전도성 폴리머, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단분자막(30)은 적어도 아래 열거된 기능들 중 하나 이상을 가진다; 물리적, 화학적 특성이 차이가 나는 메모리막(40)과 제1전극(20) 사이의 계면 특성을 향상시키는 기능; 단분자막(30)은 전자 및 정공의 이동을 원활하게 하는 기능; 메모리막(40)과 제1전극(20) 사이의 접착 특성을 향상시키는 기능; 제1전극(20) 표면 특성을 변형하는 기능; 제1전극(20)의 일함수를 조절하는 기능.
단분자막(30)은 제1전극(20)에 흡착하여 화학적으로 결합하는 자기조직화단분자막(self-assembled monolayer:SAM)일 수 있다. 자기조직화단분자막(30)은 제1전극(20)상에 자기조직화단분자막 전구체가 자발적으로 화학흡착하여 형성된다. 예를 들어 제1전극(20)과 같은 고체표면을 자기조직화단분자막 전구체 분자들을 포함 하는 용액에 담그는 것 또는 침적하는 것에 의해 자기조직화단분자막(30)이 제1전극(20)상에 형성될 수 있다. 자기조직화단분자막 전구체 분자를 포함하는 용액에 전극이 형성된 기판을 침적하면, 전극표면에 도달한 전구체 분자는 전극과 화학반응을 해서 전극표면에 흡착한다. 다른 방법으로, 기상 성장(vapor phase growth) 방식을 사용하여 자기조직화단분자막(30)이 전극에 화학흡착하여 형성될 수 있다.
화학결합에 의해서 전구체 분자가 제1전극(20)으로부터 이동이 불가능하고 인접하는 전구체 분자들 사이에는 상호작용, 예를 들어 서로 끌어당기는 상호작용(attractive interaction)이 발생하기 때문에, 자기조직화단분자막(30)은 기계적, 화학적, 열역학적으로 매우 안정적이다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기조직화단분자막(30)이 없다면, 메모리막은 제1전극에 화학흡착을 하지 않고 단순히 물리적으로 제1전극에 흡착하기 때문에, 메모리막과 제1전극 사이의 접착이 불량하고 또 그들 사이의 계면 특성이 불량해진다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기조직화단분자막(30)과 제1전극(20) 사이의 결합 특성은 메모리막(40)과 제1전극(20) 사이의 결합 특성 또는 메모리막(40)과 제2전극(50) 사이의 결합 특성 (물리적 흡착)보다 기계적, 화학적, 열역학적 관점에서 더욱 안정적이다. 또, 메모리막(40)은 제1전극(20)에 비해서 자기조직화단분자막(30)에 보다 안정적으로 결합 (흡착) 하며 제1전극(20)에 비해서 자기조직화단분자막(30)과의 사이에서 더욱 우수한 계면 특성을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자기조직화단분자막(30)은 제1전극(20)과 메모리막(40)의 계면 특성을 양호하게 하고 접착 특성을 향상시킬 수 있다.
또, 자기조직화단분자막(30)은 제1전극(20)과 메모리막(40) 사이의 쇼트키 장벽을 낮출 수 있다. 이로써, 제1전극(20)과 메모리막(40) 사이의 캐리어(carrier) 전송이 촉진될 수 있다. 예를 들어 자기조직화단분자막(30)이 제1전극(20)의 일함수를 변경하여 캐리어 전송이 촉진될 수 있다.
자기조직화단분자막(30)의 전구체는 단분자막의 주요한 특성을 나타내는 주쇠사슬 그룹(R-)과 전극에 화학결합을 형성하는 반응성 관능기 그룹을 포함한다. 전구체의 주쇠사슬 그룹(R-)은 메모리막(40)과 접하는 부분으로서, 유기, 무기 또는 다양한 물질이 가능하나 메모리막(40)과의 양호한 계면 특성을 위해서 유기물이 주를 이룰 수 있다. 그리고 전구체의 반응성 관능기 그룹은 유기, 무기, 또는 다양한 물질이 가능하다. 자기조직화단분자막(30)의 전구체는 다음과 같은 것들을 포함할 수 있다:
R-CO(OH)nX1-n (여기서 X는 할로겐 원소, n은 자연수) 로 표시되는 유기산 및 그 산 할로겐화물;
R-PO(OH)nX2-m, R-SO2(OH)nX1-n (여기서 X는 할로겐 원소, n= 0 ~ 1, m= 0 ~ 2) 로 표시되는 인, 유황계 등 무기산 및 그 산 할로겐화물;
R-CN, R-NC, R-NCS 로 표시되는 니트릴계 배위성 치환기를 갖는 화합물;
R-SH, R-SeH, R-TeH 로 표시되는 유기칼코겐 화합물;
RS-SR, RSe-SeR, RTe-TeR 로 표시되는 유기 디칼콜겐화합물;
RSiR'nX3-n (여기서 R'=CH3O, C2H5O, X는 할로겐 원소, n=1 ~ 3) 구조를 나타 내는 유기실란 화합물;
알켄, 알킨, 알콜, 알데히드, 알킬 할라이드 등의 유기물;
R-N=N-R' (여기서 R'은 지방족 및 방향족 탄화수고 또는 그 유도체)로 표시되는 디아조 화합물.
(위 화학식들에서 R은 지방족 및 방향족 탄화수소 또는 그 유도체임. 또, B, N, O, F, Si, P, S, Cl, Br, I 등의 치환기를 가질 수 있음.)
자기조직화단분자막(30)의 예시적인 전구체는 카르복시산(carboxylic acid), 아실 할라이드(acyl halide), 아로일 할라이드(aroyl halide), 유기포스포늄산(organophosphonic acid), 유기포스포네이트(organophosphonate), 유기디할로포스페이트(organo-dihalophosphate), 유기술폰산(organosulfonic acid), 유기술포닐 할라이드(organosulfonyl halide), 니트릴(nitrile), 이소니트릴(isonitrile), 티오이소시아나이드(thioisocyanide), 이소시아나이드(이소니트릴)(isocyanide(isonitrile)), 유기티올(organothiol), 유기셀레놀레이트(organoselenolate), 유기텔루오레이트(organotelluolate), 디설피드(disulfide), 디셀레니드(diselenide), 디텔루리드(ditelluride), 유기실란(orgagnosilane), 알켄(alkene), 알킨(alkyne), 알콜(alcohol), 알데히드(aldehyde), 알킬 할라이드(alkyl halide), 디아조(diazo) 화합물, 이상에서 열거한 물질을 치환기로 같은 저분자 물질을 포함할 수 있다.
자기조직화단분자막(30)이 제1전극(20)에 화학흡착하여 결합한 후, 메모리막(40)은 스핀 코팅 등의 방법으로 자기조직화단분자막(30) 상에 형성된다. 필요에 따라 메모리막(40)을 스핀 코팅한 후 열처리 공정을 진행할 수 있다. 메모리막(40) 상에 제2전극(50)이 잘 알려진 방법으로 형성된다.
본 출원의 발명자들은 자기조직화단분자막이 없는 제1전극, 메모리막 및 제2전극이 차례로 적층된 종래 유기 메모리 소자에서, 제1전극과 메모리막 사이의 계면 특성과 접착력에 비해서 메모리막과 제2전극 사이의 계면 특성은 양호하고 접착력은 우수하다는 것을 발견하였다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기조직화단분자막(30)이 제1전극(20)과 메모리막(40) 사이에는 형성되고 메모리막(40)과 제2전극(50)사이에는 형성되지 않을 수 있다.
또 본 발명의 일 실시예에서, 메모리막(40)과 제2전극(50) 사이의 보다 우수한 계면 특성을 확보하기 위해서 제2전극(50)과 메모리막(40) 사이에도 자기조직화단분자막이 개재할 수 있다. 이때, 자기조직화단분자막(30)의 반응성 관능기는 제2전극(50)과 인접하고, 주쇠사슬 그룹은 메모리막(40)과 인접하는 것이 좋다. 메모리막(40) 상에 형성되는 자기조직화단분자막은 그 아래의 메모리막(40)의 계면 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 자기조직화단분자막은 그 아래의 메모리막(40)의 일함수를 변형시킬 수 있다. 이로써, 제2전극(50)과 메모리막(40) 사이의 전자 및 정공의 이동이 원활해 질 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 메모리 소자는 다양한 방식을 통해서 기판에 집적될 수 있다. 예를 들어 제1전극이 제1방향으로 달리고 제2전극은 제1방향에 교차하는 제2방향으로 달리고 이들 두 전극 사이에 자기조직화단분자막 및 유기 메모리막이 위치하여, 이들 두 전극이 교차하는 하는 영역에 유기 메모리 소 자가 정의될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기조직화단분자막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 예시적으로 4-니트로페닐디클로로포스페이트(4-nitrophenyl dichlorophosphate:NPP) 전구체 분자를 사용하여 알루미늄 전극 표면에 자기조직단분자층을 형성하는 것을 설명한다. NPP(35)의 -PO2Cl2 반응성 관능기는 알루미늄 전극(20)의 히드록시기(-OH) 말단에 대해서 높은 친화성을 나타낸다. 따라서, 알루미늄 전극(20)을 NPP(35) 전구체 용액에 담그면 (또는 침적하면), NPP의 -PO2Cl2 반응성 관능기와 알루미늄 전극의 -OH 사이의 산-염기 반응을 통해서 유기포스포늄산이 알루미늄 전극에 화학흡착하여 자기조직단분자층(30)이 형성된다.
(실험예)
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 메모리 소자 제작
진공 증발(vacuum evaporation) 방식을 사용하여 기판 상에 약 800Å 두께의 알루미늄 제1전극을 형성하였다. 4-클로로페닐 디클로로포스페이트(4-chlorophenyl dichlorophosphate:CBP) 전구체 분자가 디클로로메탄에 용해된 0.1mmol/L 농도의 자기조직화단분자막 전구체 용액을 준비했다. 알루미늄 제1전극이 형성된 기판을 상기 용액에 약 15분 동안 담가 알루미늄 제1전극 표면에 자기조직화단분자막을 형성하였다. 이소프로필알콜(IPA)로 세정한 후에 약 90℃에서 약 5분동안 굽는 열처리(baking)을 진행하였다. 폴리이미드 메모리막의 전구체로서 퓰러렌(C60)이 균일 하게 녹은 폴리아믹산 용액을 준비하였다. 이 메모리막 전구체 용액을 스핀코팅한 후 약 120℃에서 굽는 열처리(baking)를 진행하여 용매를 제거하여 메모리막 전구체막을 자기조직화단분자막 상에 형성하였다. 질소 가스 분위기에서 약 300℃ 정도에서 약 50분간 열처리(curing)를 진행하여 폴리이미드 메모리막을 형성하였다. 진공 증발 방법을 사용하여 폴리이미드 메모리막 상에 약 800Å 두께의 알루미늄 제2전극을 형성하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 메모리 소자를 완성하였다.
비교를 위한 대조 유기 메모리 소자의 제작
위에서 기술한 방법과 동일한 방법을 사용하여 알루미늄 제1전극을 형성한 후 자기조직화단분자막을 형성하지 않고 폴리이미드 메모리막을 알루미늄 제1전극 상에 형성하고 이어서 알루미늄 제2전극을 폴리이미드 메모리막상에 형성하여 대조 유기 메모리 소자를 완성하였다.
도 3a 및 도 3b는 각각 위에서 기술한 방법으로 제작된 대조 유기 메모리 소자 및 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 메모리 소자의 전류-전압 곡선 그래프로서, 가로축은 전압을 세로축은 전류를 나타낸다. 측정을 위해서 알루미늄 제1전극에는 0볼트의 전압을 인가하고 알루미늄 제2전극에는 0 ~ 10볼트의 스위핑(sweeping) 전압을 인가하였다.
도 3a를 참조하면, 자기조직화분자막이 없을 경우, 전류-전압 곡선들의 산포가 심한 것을 확인할 수 있다. 또, 3볼트 정도까지는 거의 전류가 흐르지 않다가 4볼트 정도에서 갑자기 전류값이 올라갔다. 즉, 4볼트 정도에서 저항값이 갑자기 감소하였다. 이는 유기 메모리 소자가 셋 상태가 되었다는 것을 의미한다. 그런데 4 볼트 이후로부터는 전류값이 미약하지만 조금씩 감소하였다. 즉, 4볼트 이후로부터는 전압이 증가함에 따라 저항값이 감소하였다. 이는 저항 메모리 소자가 리셋 상태가 되었다는 것을 의미한다. 이 같은 특성은 폴리이미드 메모리막에 기인한 것이다.
이에 반해 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 유기 메모리 소자에서는 수차례에 걸친 실험 결과에서 전류-전압 곡선들의 산포가 줄어든 것을 확인할 수 있다. 또, 전류가 증가하는 셋 전압이 약 3볼트로서 도 3a의 자기조직화단분자막이 없는 유기 메모리 소자의 4볼트에 비해서 약 1볼트 정도 떨어진 것을 확인할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 3a 및 도 3b의 유기 메모리 소자를 반복적으로 셋 상태 및 리셋 상태로 하면서 측정한 전류값을 나타낸다. 여기서, 유기 메모리 소자를 셋 상태로 만들기 위한 셋 전압으로 예를 들어 1밀리초 동안 지속되는 4볼트 크기를 갖는 셋 펄스(4V/ms)를 사용하였고, 리셋 상태로 만들기 위한 리셋 전압으로 예를 들어 1밀리초 동안 지속되는 -8볼트의 크기를 갖는 리셋 펄스(-8V/ms)를 사용하였으며, 각 상태의 전류를 측정하기 위해서 약 1볼트의 전압을 사용하였다. 도 4a 및 도 4b에서 가로축은 셋 및 리셋 회수를 세로축은 전류를 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 자기조직화분자막이 없을 경우, 회수가 증가함에 따라 유기 메모리 소자가 셋 상태와 리셋 상태 사이의 구별이 모호해지고 불가능해지는 것을 알 수 있다. 이에 반해 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 유기 메모리 소자에서는 셋 상태 및 리셋 상태가 반복적인 동작에도 불구하고 여전히 잘 구별되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 메모리 소자는 중앙 처리 유닛(CPU); DRAM, SRAM 등과 같은 휘발성 메모리; 입력/출력 디바이스(I/O 칩); 및 EEPROM, EPROM, PROM, 등과 같은 비휘발성 메모리와 같은 논리 소자들을 형성하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 유기 메모리 소자는 메모리를 필요로하는 모든 장치에서 유용하다. 예를 들면, 유기 메모리 소자는 컴퓨터, 가전제품, 산업 설비, 셀룰러 폰, 양방향통신 장치, 개인용 휴대 정보 단말기, 페이저, 노트북 컴퓨터, 리모콘, 리코더(비디오 및 오디오), 라디오, 소형 TV, 웹 뷰어(web viewer), 카메라, 전기통신 장비, 의학 장비, 연구 및 개발 장비, 운송 차량, 레이더/위성 장치 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 간단한 방법을 통해서 유기 메모리 소자의 제작이 가능하다.
본 발명의 실시에에 따르면 유기 메모리 소자의 동작특성을 개선할 수 있다.

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 제1전극;
    상기 제1전극에 결합한 단분자막;
    상기 단분자막에 결합한 유기 메모리막; 그리고,
    상기 유기 메모리막에 결합한 제2전극을 포함하되,
    상기 단분자막은 상기 제1전극 및 상기 유기 메모리막의 계면 특성을 향상시키도록 상기 제1전극에 화학흡착하여 결합한 자기조직화단분자막이며,
    상기 자기조직화단분자막의 전구체는 카르복시산(carboxylic acid), 아실 할라이드(acyl halide), 아로일 할라이드(aroyl halide), 유기포스포늄산(organophosphonic acid), 유기포스포네이트(organophosphonate), 유기디할로포스페이트(organo-dihalophosphate), 유기술폰산(organosulfonic acid), 유기술포닐 할라이드(organosulfonyl halide), 니트릴(nitrile), 이소니트릴(isonitrile), 티오이소시아나이드(thioisocyanide), 이소시아나이드(이소니트릴)(isocyanide(isonitrile)), 유기티올(organothiol), 유기셀레놀레이트(organoselenolate), 유기텔루오레이트(organotelluolate), 디설피드(disulfide), 디셀레니드(diselenide), 디텔루리드(ditelluride), 유기실란(orgagnosilane), 알켄(alkene), 알킨(alkyne), 알콜(alcohol), 알데히드(aldehyde), 알킬 할라이드(alkyl halide), 디아조(diazo) 화합물, 그리고 이상에서 열거한 물질을 치환기로 같은 저분자 물질들로 구성된 그룹에서 선택되는 유기 메모리 소자.
  4. 제1전극;
    상기 제1전극에 결합한 단분자막;
    상기 단분자막에 결합한 유기 메모리막; 그리고,
    상기 유기 메모리막에 결합한 제2전극을 포함하되,
    상기 단분자막은 상기 제1전극 및 상기 유기 메모리막의 계면 특성을 향상시키도록 상기 제1전극에 화학흡착하여 결합한 자기조직화단분자막이며,
    상기 유기 메모리막은 폴리이미드(polyimide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리에스테르(polyesters), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리아세탈(polyacetals), 폴리실리콘(polysilicones), 폴리설포네이트(polysulfonates), 노볼락(novolacs), 폴리아세테이트(polyacetates), 폴리알키드(polyalkyds), 폴리아미드이미드(polyamideimides), 폴리실록산(polysiloxanes), 폴리아릴레이트(polyarylates), 폴리아릴술폰(polyarylsulfone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌 설피드(polyphenylene sulfide), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리술폰(polysulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlrorotrifluoroethylene), 폴리비닐이딘 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리비닐 플루오라이드(polyvinyl fluoride), 폴리에테르케톤(polyetherketone), 폴리에테르 에테르케톤(polyether etherketone), 폴리벤족사졸(polybenzoxazoles), 폴리(페닐렌비닐렌)(poly(phenylene vinylene)), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(파라페닐렌)(poly(paraphenylene)), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 이들의 유도체 또는 이들의 공중합체로 구성된 그룹에서 선택되는 유기 메모리 소자.
  5. 삭제
  6. 제1전극;
    상기 제1전극에 결합한 자기조직화단분자막;
    상기 자기조직화단분자막에 결합한 유기 메모리막;
    상기 유기 메모리막에 결합한 제2전극;
    상기 제2전극 및 상기 유기 메모리막 사이에 위치하는 또 다른 자기조직화단분자막을 포함하되,
    상기 자기조직화단분자막은 상기 제1전극 및 상기 유기 메모리막의 계면 특성을 향상시키도록 상기 제1전극에 화학흡착하여 결합한 유기 메모리 소자.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1전극을 형성하는 것;
    상기 제1전극이 형성된 기판을 단분자막 전구체를 포함하는 용액에 담그는 것으로 상기 제1전극에 선택적으로 흡착하여 화학결합하는 단분자막을 형성하는 것;
    상기 단분자막 상에 유기 메모리막을 형성하는 것; 그리고,
    상기 유기 메모리막 상에 제2전극을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 단분자막은 상기 제1전극 및 상기 유기 메모리막의 계면 특성을 향상시키는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 단분자막 전구체를 포함하는 용액은 카르복시산(carboxylic acid), 아실 할라이드(acyl halide), 아로일 할라이드(aroyl halide), 유기포스포늄산(organophosphonic acid), 유기포스포네이트(organophosphonate), 유기디할로포스페이트(organo-dihalophosphate), 유기술폰산(organosulfonic acid), 유기술포닐 할라이드(organosulfonyl halide), 니트릴(nitrile), 이소니트릴(isonitrile), 티오이소시아나이드(thioisocyanide), 이소시아나이드(이소니트릴)(isocyanide(isonitrile)), 유기티올(organothiol), 유기셀레놀레이트(organoselenolate), 유기텔루오레이트(organotelluolate), 디설피드(disulfide), 디셀레니드(diselenide), 디텔루리드(ditelluride), 유기실란(orgagnosilane), 알켄(alkene), 알킨(alkyne), 알콜(alcohol), 알데히드(aldehyde), 알킬 할라이드(alkyl halide), 디아조(diazo) 화합물, 그리고 이상에서 열거한 물질을 치환기로 같은 저분자 물질들로 구성된 그룹에서 선택되는 분자를 포함하는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 유기 메모리막을 형성하는 것은 상기 유기 메모리막 전구체를 포함하는 용액을 스핀코팅하는 것을 포함하는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 유기 메모리막 전구체를 포함하는 용액은 폴리이미드(polyimide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리에스테르(polyesters), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리아세탈(polyacetals), 폴리실리콘(polysilicones), 폴리설포네이트(polysulfonates), 노볼락(novolacs), 폴리아세테이트(polyacetates), 폴리알키드(polyalkyds), 폴리아미드이미드(polyamideimides), 폴리실록산(polysiloxanes), 폴리아릴레이트(polyarylates), 폴리아릴술폰(polyarylsulfone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌 설피드(polyphenylene sulfide), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리술폰(polysulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlrorotrifluoroethylene), 폴리비닐이딘 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리비닐 플루오라이드(polyvinyl fluoride), 폴리에테르케톤(polyetherketone), 폴리에테르 에테르케톤(polyether etherketone), 폴리벤족사졸(polybenzoxazoles), 폴리(페닐렌비닐렌)(poly(phenylene vinylene)), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(파라페닐렌)(poly(paraphenylene)), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 이들의 유도체 또는 이들의 공중합체로 구성된 그룹에서 선택되는 유기 분자를 포함하는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은 독립적으로 금, 은, 구리, 알루미늄, 티타늄, 질화티탄(TiN), 질화알루미늄티탄(TiAlN), 탄탈륨, 질화탄탈륨(TaN), 텅스텐, 질화텅스텐(WN), 이리듐, 백금, 팔라듐, 지르코늄, 로듐, 니켈, 코발트, 크롬, 주석, 아연, 인듐-주석 산화물(ITO), 리튬, 마그네슘, 칼슘, 이상에서 열거한 금속의 합금, 실리콘, 또는 이들의 조합으로 형성되는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  14. 청구항 9에 있어서, 상기 제1전극은 금, 은, 구리, 알루미늄, 티타늄, 질화티탄(TiN), 질화알루미늄티탄(TiAlN), 탄탈륨, 질화탄탈륨(TaN), 텅스텐, 질화텅스텐(WN), 이리듐, 백금, 팔라듐, 지르코늄, 로듐, 니켈, 코발트, 크롬, 주석, 아연, 인듐-주석 산화물(ITO), 리튬, 마그네슘, 칼슘, 이상에서 열거한 금속의 합금, 실리콘, 또는 이들의 조합으로 형성되고, 상기 제2전극은 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 3,4-에틸렌디옥시티오펜(3,4-ethlenedioxythiophene) 또는 이들의 조합으로 형성되는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  15. 제1전극을 형성하는 것;
    단분자막 전구체를 소스 가스로 사용하는 기상 증착 방법에 의해, 상기 제1전극에 선택적으로 흡착하여 화학결합하는 단분자막을 형성하는 것;
    상기 단분자막 상에 유기 메모리막을 형성하는 것; 그리고,
    상기 유기 메모리막 상에 제2전극을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 단분자막은 상기 제1전극 및 상기 유기 메모리막의 계면 특성을 향상시키는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  16. 기판상에 하부 전극을 형성하는 것;
    상기 하부 전극이 형성된 기판을 용액에 담그어 상기 하부 전극에 선택적으 로 흡착하여 화학결합하는 자기조직화단분자막을 형성하는 것;
    상기 자기조직화단분자막상에 유기 메모리막을 형성하는 것; 그리고,
    상기 유기 메모리막 상에 상부 전극을 형성하는 것을 포함하는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 용액은 카르복시산(carboxylic acid), 아실 할라이드(acyl halide), 아로일 할라이드(aroyl halide), 유기포스포늄산(organophosphonic acid), 유기포스포네이트(organophosphonate), 유기디할로포스페이트(organo-dihalophosphate), 유기술폰산(organosulfonic acid), 유기술포닐 할라이드(organosulfonyl halide), 니트릴(nitrile), 이소니트릴(isonitrile), 티오이소시아나이드(thioisocyanide), 이소시아나이드(이소니트릴)(isocyanide(isonitrile)), 유기티올(organothiol), 유기셀레놀레이트(organoselenolate), 유기텔루오레이트(organotelluolate), 디설피드(disulfide), 디셀레니드(diselenide), 디텔루리드(ditelluride), 유기실란(orgagnosilane), 알켄(alkene), 알킨(alkyne), 알콜(alcohol), 알데히드(aldehyde), 알킬 할라이드(alkyl halide), 디아조(diazo) 화합물, 그리고 이상에서 열거한 물질을 치환기로 같은 저분자 물질들로 구성된 그룹에서 선택되는 분자를 포함하는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 유기 메모리막은 폴리이미드(polyimide), 폴리스 티렌(polystyrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리에스테르(polyesters), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리아세탈(polyacetals), 폴리실리콘(polysilicones), 폴리설포네이트(polysulfonates), 노볼락(novolacs), 폴리아세테이트(polyacetates), 폴리알키드(polyalkyds), 폴리아미드이미드(polyamideimides), 폴리실록산(polysiloxanes), 폴리아릴레이트(polyarylates), 폴리아릴술폰(polyarylsulfone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌 설피드(polyphenylene sulfide), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리술폰(polysulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlrorotrifluoroethylene), 폴리비닐이딘 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리비닐 플루오라이드(polyvinyl fluoride), 폴리에테르케톤(polyetherketone), 폴리에테르 에테르케톤(polyether etherketone), 폴리벤족사졸(polybenzoxazoles), 폴리(페닐렌비닐렌)(poly(phenylene vinylene)), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(파라페닐렌)(poly(paraphenylene)), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 이들의 유도체 또는 이들의 공중합체로 구성된 그룹에서 선택되는 유기 분자로 형성되는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 하부전극 및 상기 상부전극은 독립적으로 금, 은, 구리, 알루미늄, 티타늄, 질화티탄(TiN), 질화알루미늄티탄(TiAlN), 탄탈륨, 질화탄탈륨(TaN), 텅스텐, 질화텅스텐(WN), 이리듐, 백금, 팔라듐, 지르코늄, 로듐, 니켈, 코발트, 크롬, 주석, 아연, 인듐-주석 산화물(ITO), 리튬, 마그네슘, 칼슘, 이상에서 열거한 금속의 합금, 실리콘, 또는 이들의 조합으로 형성되는 유기 메모리 소자 형성 방법.
  20. 청구항 18에 있어서, 상기 하부전극은 금, 은, 구리, 알루미늄, 티타늄, 질화티탄(TiN), 질화알루미늄티탄(TiAlN), 탄탈륨, 질화탄탈륨(TaN), 텅스텐, 질화텅스텐(WN), 이리듐, 백금, 팔라듐, 지르코늄, 로듐, 니켈, 코발트, 크롬, 주석, 아연, 인듐-주석 산화물(ITO), 리튬, 마그네슘, 칼슘, 이상에서 열거한 금속의 합금, 실리콘, 또는 이들의 조합으로 형성되고, 상기 상부전극은 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 3,4-에틸렌디옥시티오펜(3,4-ethlenedioxythiophene) 또는 이들의 조합으로 형성되는 유기 메모리 소자 형성 방법.
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