KR100945493B1 - 나노입자를 부착한 탄소 나노튜브를 이용한 메모리 소자 및그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

탄소 나노튜브를 이용한 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 메모리 소자는, 기판, 상기 기판 상에 형성되는 제1전극, 상기 제1전극 상에 형성되고 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 이루어진 전하포획층, 및 상기 전하포획층 상에 형성된 제2전극을 포함한 것으로, 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착시킨 구조를 상태 저장에 활용하는 새로운 소자이다.
탄소 나노튜브, 메모리 소자, 나노입자

Description

나노입자를 부착한 탄소 나노튜브를 이용한 메모리 소자 및 그 제조 방법 {Memory device using carbon nanotube attached nanoparticles thereto and method of fabricating the same}
본 발명은 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소 나노튜브를 이용한 저항 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
탄소 나노튜브(Carbon NanoTube; CNT)는 높은 전기전도도 및 높은 기계적 강도를 가지고 있어 전자 소자의 성능 향상 및 복합 재료의 기계적인 강도 향상에 이용되고 있다. 또한 탄소 나노튜브 내부 및 외부에 여러 물질을 부착시킬 수 있어 2차 전지 및 바이오센서와 같이 화학적인 특성을 이용하는 연구가 많이 진행되고 있다.
탄소 나노튜브의 전자적 특성을 기반으로 하여 전자 소자로 활용하는 연구는 주로 탄소 나노튜브의 높은 전기전도도를 활용하여 트랜지스터 소자의 채널로 사용하는 것이 가장 많이 진행되고 있다. 탄소 나노튜브는 현재 전자 소자에 많이 사용하는 Si보다 높은 전기전도도를 가지며, 허용되는 최대 전류 밀도 또한 높기 때문 에 소자 구동시 높은 전류를 흐르게 할 수 있다.
이와 더불어 탄소 나노튜브의 매우 작은 크기를 이용하여 단 1개의 탄소 나노튜브를 트랜지스터 소자의 채널로 사용하여 스위칭 소자 및 메모리 소자로 제작하는 연구 또한 진행되고 있다. 탄소 나노튜브는 또한 고분자 안에 포함시켜 고분자 자체의 전기전도도를 항상시키거나 유연성 있는 기판 위에 박막 형태로 형성하여 유연성 있는 전극으로 활용하는 방법이 활발히 연구되고 있다.
현재 연구되고 있는 여러 종류의 전자 소자 중 탄소 나노튜브를 이용한 비휘발성 메모리 소자와 같은 메모리 소자는 하나 또는 두 개의 탄소 나노튜브를 사용하여 트랜지스터 구조를 가지거나 십자로 교차한 구조를 가진 것이다. 기존 탄소 나노튜브를 사용한 메모리 소자의 동작은 탄소 나노튜브에 전압을 인가하면 인가된 전압으로 인해 발생한 정전위 퍼텐셜에 의해 탄소 나노튜브가 구조적으로 휘어지는 전기역학적 특성을 이용한 것이다. 탄소 나노튜브가 휘어지면 전기전도도의 변화가 발생하며, 발생한 전기전도도의 차이를 사용하여 상태를 저장하게 된다.
그런데, 탄소 나노튜브의 전기역학적 변화를 이용한 것이기 때문에 하나의 탄소 나노튜브를 사용한 메모리 소자는 게이트 전극 위에 일정한 높이로 탄소 나노튜브가 정확하게 위치해야 하며, 두 개의 탄소 나토튜브를 사용한 메모리 소자의 경우는 각각의 탄소 나노튜브가 직각을 이루어 교차해 있어야 한다. 그러나 이러한 소자를 집적화시켜 대용량의 메모리 소자를 제작하기 위한 탄소 나노튜브의 정렬 기술은 아직 낮은 수준에 머물러 있기 때문에 탄소 나노튜브를 원하는 위치에 배치하는 것은 상당히 어렵다. 또한 상태 기억을 위해 전기역학적인 변화를 이용하므로 탄소 나노튜브가 빈 공간 상에 떠 있어야 하며, 이는 제작된 소자의 강도를 저하시켜 쉽게 파손되는 원인으로 작용할 수 있다. 따라서, 전기역학적 특성을 사용한 메모리 소자는 소자의 크기를 극도로 작게 할 수 있음에도 불구하고 탄소 나노튜브를 원하는 위치에 정확하게 배치하는 것이 현실적으로 매우 어렵기 때문에 상용화에는 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래 탄소 나노튜브를 사용하는 메모리 소자의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 구조 및 동작 방식의 메모리 소자와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서 제시하는 메모리 소자는 나노입자를 탄소 나노튜브 표면에 부착시킨 구조를 상태 저장에 활용하는 구조를 가진 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 메모리 소자는, 기판, 상기 기판 상에 형성되는 제1전극, 상기 제1전극 상에 형성되고 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 이루어진 전하포획층, 및 상기 전하포획층 상에 형성된 제2전극을 포함한다.
이러한 메모리 소자는 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착하고 부착된 나노입자를 전자의 포획 및 방출에 사용하는 저항 구조의 비휘발성 메모리 소자로서, 탄소 나노튜브를 통해 전송된 전자를 탄소 나노튜브에 부착된 나노입자에 포획 및 방출시키며, 나노입자에 포획된 전자에 의한 정전위 퍼텐셜의 변화에 따른 탄소 나 노튜브의 전기전도도의 크기를 감지함으로써 소자의 기억 상태를 판별하는 것이다. 이러한 구조 및 동작 방식은 알려진 바가 없어 신규한 것이다.
본 발명에서는 이러한 메모리 소자를 보다 간단하고 경제적으로 제조할 수 있는 방법도 제공한다. 본 발명에 따른 메모리 소자 제조 방법은, 기판 상에 제1전극, 전하포획층 및 제2전극을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하게 되는데, 이 때 상기 전하포획층을 형성하는 단계는, 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브가 용매에 분산된 용액을 준비하는 단계, 상기 용액을 상기 기판 위에 스핀코팅하여 막을 형성하는 단계, 및 상기 막으로부터 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브가 용매에 분산된 용액을 준비하는 단계는. 탄소 나노튜브를 산으로 처리하고 건조시킨 다음, 용매 안에 상기 탄소 나노튜브와 나노입자를 혼합한 후. 상기 탄소 나노튜브와 나노입자를 반응시켜 상기 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착시키는 단계를 포함함이 바람직하다.
본 발명에 따른 메모리 소자는 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착하고 부착된 나노입자를 전자의 포획 및 방출에 사용하는 저항 구조의 비휘발성 메모리 소자이다. 이러한 소자는 읽기 전압에서 온/오프(on/off) 전류 비율이 104 이상의 값을 가진다.
본 발명에서 제시하는 메모리 소자 제조방법에서와 같이 본 발명에 따른 메 모리 소자는 스핀코팅과 같이 용매를 사용한 공정을 사용할 수 있기 때문에 소자의 제작이 매우 간단하고 저렴하여 생산성이 높다. 기존의 나노입자 또는 탄소 나노튜브를 사용한 고분자 유기물 메모리 소자와는 다르게 나노입자가 탄소 나노튜브 표면에 반응기를 통해 직접 결합되어 있으며, 이러한 탄소 나노튜브를 공간 상에 고정시키기 위한 별도의 고분자를 사용하기 않기 때문에 고분자의 열화로 인한 소자의 수명 단축을 최소화할 수 있다. 그리고 외부 환경에 강한 내성을 가지는 탄소 나노튜브 및 나노입자를 전자의 전송과 포획 및 방출에 사용함으로써 기존의 유기물을 사용하여 제작한 메모리 소자에 비해 긴 소자 수명을 기대할 수 있다.
따라서, 고속, 고용량, 저비용 및 저전력 소모의 비휘발성 메모리 소자로서 새로운 메모리 소자에 응용이 가능하다. 휴대용 전자기기의 대용량 저장 장치로서의 활용이 가능하며, 기존의 하드 디스크와 같은 기계 구동형 저장 장치를 대치하는 대용량 저장 장치에 응용할 수 있다. 뿐만 아니라, 유연성을 가진 휴대용 디스플레이 기기에 필요한 저장장치로 응용할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호 로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
메모리 소자의 구조
본 발명에서 제시하는 소자는 저항 형태의 비휘발성 메모리 소자이며 그 단면 구조는 도 1과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 메모리 소자(1)는 기판(10)과 그 위에 순차적으로 형성된 제1전극(20), 나노입자(30)가 부착된 탄소 나노튜브(40)로 이루어진 전하포획층(50), 그리고 제2전극(60)을 포함한다.
기판(10)은 통상의 기판, 예컨대 Si, GaAs, InP, Al2O3, SiC, 유리, 쿼츠 (quartz) 등의 절연성 무기물 기판 또는 PET, PS, PI, PVC, PVP, PE 등의 절연성 유기물 기판일 수 있다.
제1전극(20)과 제2전극(60)은 구동회로(도면 미도시)로부터 전기적 신호를 받아서 전하포획층(50)에 전달한다. 제1전극(20)과 제2전극(60)은 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 소정의 방향으로 길게 뻗은 직선형일 수 있다. 제1전극(20)과 제2전극(60)이 소정의 방향으로 길게 뻗은 직선형인 경우, 제1전극(20)과 제2전극(60)은 서로 교차하게 형성될 수 있다. 도 1에는 제1전극(20)이 지면에 수직인 방향으로 길게 뻗은 직선형이고, 제2전극(60)은 그에 수직으로 교차하도록 지면에 평행인 방향으로 길게 뻗은 직선형인 것으로 도시하였다. 이와 같이 제1전극(20)과 제2전극(60)을 교차시켜 형성하는 것은 메모리 소자의 쓰기, 읽기 및 소거 동작시 효율이 높아지고, 소자를 집적화시킬 때 회로를 간단히 할 수 있는 장점이 있다. 제1전극(20)과 제2전극(60)은 통상의 전극 재질, 이를테면 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
전하포획층(50)은 특히 나노입자(30)에 전자를 포획, 방출하여 기억 상태를 저장하는 역할을 하게 된다. 이 때, 탄소 나노튜브(40)는 단일 벽면(single-wall) 탄소 나노튜브이거나, 이중 벽면(double-wall) 탄소 나노튜브 또는 다중 벽면(multi-wall) 탄소 나노튜브일 수 있으며 이들의 조합도 물론 가능하다. 도 2의 좌측에는 단일 벽면 탄소 나노튜브(40)를 도시하였다. 그리고, 도 1에 도시한 바와 같이 복수의 탄소 나노튜브들의 묶음(bundle)일 수도 있지만 단일 탄소 나노튜브이어도 된다.
나노입자(30)는 금속, 화합물 또는 코어(core)-쉘(shell) 구조 나노입자인 것이 바람직하다. 예를 들어, 나노입자(30)는 Au, Ag, Cu, Zn, Mg, Zr, Hf, Pd, Pt, Ga, Ba, ZnO, Cu2O, SnO2, Al2O3, Ni1-xFex, MgO, Zn1-xCuxO, HfO2, Ga2O3, BaO, Ta2O5, TiO2, ZrO2, ZrSixOy, HfSixOy, SrTiO3, Zn1-xCdxO, Zn1-xMnxO, Zn1-xCoxO, Sb2O3, Zn1-xMgxO3, Zn1-xSxO, AlAs, AlP, AlSb, GaAs, GaN, GaP, GaSb, InAs, InP, InSb, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, PbS, PbTe, CdSe/ZnTe, CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe, InP/ZnSe, InP/ZnTe, CdSe/ZnS, InP/CdSe, InP/GaAs, InGaAs/GaAs 및 PbTe/PbS 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 도 2의 우측에는 코어가 CdSe이고 쉘이 ZnSe인 CdSe/ZnSe 나노입자(30)를 도시하였다.
탄소 나노튜브(40)로 전송되는 전자는 여기에 부착된 나노입자(30)로 유입되어 포획 및 방출을 할 수 있게 된다. 전자가 나노입자(30)에 포획되게 되면, 포획된 전자에 의해 탄소 나노튜브(40) 부근에 국부적인 내부 전계가 발생하게 되며, 이 내부 전계는 탄소 나노튜브(40)의 정전위 퍼텐셜에 영향을 끼쳐 탄소 나노튜브(40)의 에너지 대역에 변화를 일으킨다. 이러한 에너지 대역의 변화는 탄소 나노튜브(40)의 전기전도도를 변화시켜 소자에 흐르는 전류의 차이를 발생시킨다. 이러한 전류의 차이를 구동 회로를 통해 감지하여 상태를 기억하게 된다.
기존의 탄소 나노튜브를 사용한 메모리 소자는 전기역학적인 변화를 통해 상태를 기억하기 때문에 탄소 나노튜브가 빈 공간에 떠 있어야하는 불안정한 소자 구조를 하고 있으며 전기역학적인 변화를 사용하지 않는 구조의 메모리 소자는 탄소 나노튜브의 고정을 위해 고분자를 사용해야 한다. 그러나 본 발명에서는 탄소 나노튜브를 고정시키기 위해 고분자를 사용하지 않기 때문에 고분자의 열화에 의한 소자의 수명 저하를 최소화할 수 있으며, 외부 환경에 강한 내성을 가지는 나노입자와 탄소 나노튜브만을 사용함으로써 소자의 수명을 연장할 수 있다.
메모리 소자의 제조 방법
이러한 메모리 소자를 제조하는 방법은 도 3a 및 도 3b의 순서도를 참조하여 다음과 같은 공정 순서를 따를 수 있다.
기판(10), 실시예로서 도핑되지 않은 (100) 방향의 진성 Si 기판, 의 표면의 먼지, 기름기 등의 불순물을 제거하기 위해 TCM(trichloroethylene) 용액으로 세정한 후 탈 이온수(de-ionized water)를 사용하여 세척하여 준비한다. 그런 다음, 열 증착법을 사용하여 제1전극(20), 실시예로서 Al 전극(,) 을 형성한다(도 3a의 단계 S1).
다음으로 제1전극(20) 상에 전하포획층(50)을 형성한다(도 3a의 단계 S2).
이 때, 먼저, 나노입자(30)가 부착된 탄소 나노튜브(40)가 분산된 용액을 준비한다(도 3a의 단계 S2-2). 이 때 도 3b에 도시한 바와 같은 다음의 t1 내지 t4 순서를 따를 수 있다.
먼저 도 2와 같은 구조의 탄소 나노튜브(40)를 산으로 처리하여 표면에 불순물을 제거함과 동시에 카르복실기(-COOH)를 형성하여 다른 물질이 결합할 수 있게 처리한다. 실시예로서 단일 벽면 탄소 나노튜브를 질산 용액 안에 30시간 동안 60℃의 열을 가하면서 초음파 교반기를 사용하여 교반한다. 산으로 처리된 탄소 나노튜브 용액을 탈이온수로 희석시킨 후에 필터를 사용하여 탄소 나노튜브만을 걸러낸다(도 3b의 단계 t1).
걸러낸 탄소 나노튜브를 24시간동안 100℃의 열을 가해 건조시킨다. 건조된 탄소 나노튜브는 산으로 인해 표면의 불순물이 산화되어 없어진 상태이다. 산화된 후에 탄소 나노튜브는 그 길이가 짧아짐과 동시에 도 4와 같이 표면에 카르복실기(-COOH)를 띄게 된다(도 3b의 단계 t2).
다음으로 나노입자(30), 실시예로서 도 2와 같이 핵은 CdSe이며 표면은 ZnSe인 CdSe/ZnSe 나노입자, 와 단계 t1과 t2를 통해 처리된 탄소 나노튜브를 일반적인 유기 용매, 예를 들어, 1,2-dicloroethane(C2H4Cl2), 톨루엔(toluene), 아세톤, 클 로로포름, 에틸렌글리콜, 이소프로페놀(isopropanol), 크실렌, 바람직하게는 클로로포름에 혼합한다(도 3b의 단계 t3).
그런 다음, 5시간 동안 60℃의 열을 가해 반응시킨다(도 3b의 단계 t4). 탄소 나노튜브 표면에 카르복실기(-COOH)가 형성되어 있으므로 여기에 나노입자가 잘 부착될 수 있다. 용액 중의 탄소 나노튜브 및 나노입자의 농도는 쉽게 변화시킬 수 있으며, 이는 소자의 기억 특성 및 구동 특성을 외부 조건에 맞추어 쉽게 변화시킬 수 있다. 앞의 단계 t3을 통해서 탄소 나노입자 표면의 2개의 카르복실기와 나노입자의 ZnSe 표면이 서로 연결되어 결합하게 된다. 이때 나노입자와 탄소 나노튜브는 도 5와 같이 Zn(II)가 형성되면서 도 6, 7과 같이 서로 연결된다.
도 6은 위 실시예에 따라 CdSe/ZnSe 나노입자와 결합한 단일 벽면 탄소 나노튜브의 주사 전자현미경상이고 도 7은 보다 고배율의 주사 전자현미경상이다. 도 7에서 원은 나노입자를 표시하고 실선은 나노 입자와 결합한 단일 벽면 탄소 나노튜브와 다중 벽면 탄소 나노튜브의 경계면을 표시한다.
이상 설명한 바와 같은 간단한 방법을 통해 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착할 수 있으며, 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브는 최종적으로 클로로포름과 같은 유기 용매에 포함되어 있기 때문에 별도의 과정 없이 바로 스핀코팅을 거쳐 박막으로 형성할 수 있다.
다음, 단계 t1 내지 t4를 통해 형성된 나노입자(30)가 부착되어 있는 탄소 나노입자(40)가 용매에 분산되어 있는 용액을 제1전극(20)이 형성된 기판(10) 위에 스핀코팅하여 막 형태로 형성한다(도 3a의 단계 S2_2). 스핀코팅시의 회전수 및 회 전 시간을 조절하여 형성되는 막의 두께를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 4900 rpm에서 5초 동안 스핀코팅하여 박막 형태로 형성한다.
다음으로 막 안에 존재하는 용매를 제거하기 위해 125℃에서 5분 동안 열을 가해 증발시킨다(도 3a의 단계 S2_3). 가열은 오븐(oven)또는 핫 플레이트(hot plate) 등을 이용한다. 용매가 증발된 후 나노입자(30)가 부착된 탄소 나노튜브(40)는 도 1에서와 같은 구조로 제1전극(20) 위에 박막 형태로 존재하게 된다. 이 박막이 전하포획층(50)이 되는 것이다. 이와 같이, 탄소 나노튜브를 공간 상에 고정시키기 위한 별도의 고분자를 사용하지 않고 외부 환경에 강한 내성을 가지는 탄소 나노튜브와 나노입자만을 사용하여 소자를 제작하기 때문에 고분자의 열화에 의한 소자 수명 저하를 최소화 할 수 있다. 또한, 기존의 탄소 나노튜브를 사용한 메모리 소자는 전기역학적인 변화를 통해 상태를 기억하기 때문에 정해진 공간에 탄소 나노튜브를 정렬시켜야 하는데 그것이 매우 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 그러나 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하는 방법으로 스핀코팅과 같이 용매를 통한 공정을 사용하기 때문에 소자의 제작 방법이 간단하고 저렴해진다.
다음, 단계 S1과 동일한 방법으로 전하포획층(50) 위에 제2전극(60), 실시예로서 Al 전극, 을 형성한다(도 3a의 단계 S3). 이때 제2전극(60)인 상단 Al 전극의 방향은 제1전극(20)인 하단 Al 전극의 방향과 직각을 이루게 한다.
이렇게 본 발명에 따른 메모리 소자 제조 방법에서는, 용매에 녹여 사용할 수 있는 탄소 나노튜브의 특성을 이용하여 용매 안에 탄소 나노튜브를 포함시키고 이를 스핀코팅을 통해 박막으로 형성할 수 있기 때문에, 화학기상증착법(CVD)과 같 은 고가의 증착 방식을 이용하지 않아도 되고 공정이 매우 간단하다. 따라서, 공정 비용의 절감과 공정 과정의 단축을 통해 메모리 소자의 생산 비용을 줄일 수 있으며 제작된 메모리 소자의 재현성과 신뢰성을 높일 수 있다.
메모리 소자의 동작 방법
본 발명에서 제시하는 메모리 소자의 전류-전압 특성은 도 8에서 나타내고 있다. 도 8에서는 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 제작된 메모리 소자(본 발명, -●-)의 on/off 전류 비율이 순수한 탄소 나노튜브만을 사용한 메모리 소자(비교예, -○-)보다 월등히 크다는 것을 보여주고 있다. 따라서 본 발명에서 제시하는 메모리 소자의 상태 기억은 탄소 나노튜브에 부착된 나노입자에 의한 것임을 알 수 있다.
소자의 초기 상태에서는 전자는 탄소 나노튜브를 통해 10-8 ~ 10-6 A의 전류가 흐르며 이러한 낮은 전류가 흐르는 경우를 off 상태로 정의한다. off 상태에서 (+) 방향의 전압의 크기를 지속적으로 증가시키면, 도 8에서와 같이 1 V 부근에서 전류의 크기는 10-2 A로 갑자기 증가하게 된다. 이때 탄소 나노튜브를 통해 흐르던 전자는 그 일부가 나노입자 안으로 포획되게 된다. 증가한 전류는 3 V의 쓰기 전압 V'W'를 가할 때까지 거의 변하지 않는다.
쓰기 전압 V'W'를 가한 후에는, 도 8과 같이 소자는 10-4 ~ 10-2 A의 높은 전류가 흐르게 된다. 탄소 나노튜브 표면에 부착된 나노입자에 포획된 전자에 의해 소자의 전기전도도가 높아져 높은 전류가 흐르는 경우를 on 상태로 정의한다. on 상태로 전환된 소자는 나노입자에 포획된 전자를 방출시킬 수 있는 크기의 소거 전압을 인가할 때까지 높은 전기전도도를 계속 유지하게 된다.
소자에 도 8에서와 같이 -3 V의 소거 전압 V'E'를 인가하면, 탄소 나노튜브 표면에 부착된 나노입자에 포획되어 있던 전자는 방출되게 된다. 따라서 소자의 상태는 on 상태에서 off 상태로 전환된다.
소자의 상태를 판별하기 위해서는 도 8과 같이 0.5 V의 읽기 전압 V'R'을 소자에 인가한다. 이 읽기 전압에서는 소자의 상태가 off 상태일 때는 도 8과 같이 I'0'의 전류가 흐르게 되며, on 상태일 때는 도 8과 같이 I'1'의 전류가 흐르게 된다. 이 읽기 전압 V'R'에서의 on/off 전류 비율을 104 정도의 값을 가지게 된다. 읽기 전압의 크기는 정해진 것은 아니며, 일반적으로 가장 큰 on/off 전류 비율을 가지는 전압을 선택한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
도 1은 본 발명에 따른 메모리 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 메모리 소자에 이용되는 탄소 나노튜브와 나노입자의 구조도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도들이다.
도 4 및 도 5는 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착하는 과정을 보여주는 구조도들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따라 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착한 후 관찰한 미세구조 사진들이다.
도 8은 본 발명 및 비교예에 대한 전압-전류 측정 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...기판 20...제1전극
30...나노입자 40...탄소 나노튜브
50...전하포획층 60...제2전극

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 제1전극;
    상기 제1전극 상에 형성되고 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 이루어진 전하포획층; 및
    상기 전하포획층 상에 형성된 제2전극을 포함하고,
    상기 나노입자가 상기 탄소 나노튜브 표면에 반응기를 통해 직접 결합되어 있고,
    상기 나노입자에 전자가 포획되지 않은 경우에 비하여 상기 나노입자에 전자가 포획된 경우에 상기 탄소 나노튜브의 전기전도도가 증가하는 것을 이용해 저항 변화를 일으켜 소자의 기억 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 나노입자는 금속, 화합물 또는 코어(core)-쉘(shell) 구조 나노입자인 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  4. 기판 상에 제1전극을 형성하는 단계;
    상기 제1전극 상에 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 이루어진 전하포획층을 형성하는 단계; 및
    상기 전하포획층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 나노입자가 상기 탄소 나노튜브 표면에 반응기를 통해 직접 결합되어 있고,
    상기 나노입자에 전자가 포획되지 않은 경우에 비하여 상기 나노입자에 전자가 포획된 경우에 상기 탄소 나노튜브의 전기전도도가 증가하는 것을 이용해 저항 변화를 일으켜 소자의 기억 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전하포획층을 형성하는 단계는,
    나노입자가 부착된 탄소 나노튜브가 용매에 분산된 용액을 준비하는 단계;
    상기 용액을 상기 기판 위에 스핀코팅하여 막을 형성하는 단계; 및
    상기 막으로부터 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브가 용매에 분산된 용액을 준비하는 단계는.
    탄소 나노튜브를 산으로 처리하고 건조시키는 단계;
    용매 안에 상기 탄소 나노튜브와 나노입자를 혼합하는 단계; 및
    상기 탄소 나노튜브와 나노입자를 반응시켜 상기 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자 제조 방법.
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