KR101210548B1 - A nanoparticle assembly-based switching device and a method for preparation of the same - Google Patents

A nanoparticle assembly-based switching device and a method for preparation of the same Download PDF

Info

Publication number
KR101210548B1
KR101210548B1 KR1020090116250A KR20090116250A KR101210548B1 KR 101210548 B1 KR101210548 B1 KR 101210548B1 KR 1020090116250 A KR1020090116250 A KR 1020090116250A KR 20090116250 A KR20090116250 A KR 20090116250A KR 101210548 B1 KR101210548 B1 KR 101210548B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanoparticles
switching
group
switching device
nanoparticle assembly
Prior art date
Application number
KR1020090116250A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100061405A (en
Inventor
천진우
김태희
장정탁
Original Assignee
이화여자대학교 산학협력단
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이화여자대학교 산학협력단, 연세대학교 산학협력단 filed Critical 이화여자대학교 산학협력단
Publication of KR20100061405A publication Critical patent/KR20100061405A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101210548B1 publication Critical patent/KR101210548B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047Titanium dioxide
    • C01G23/053Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts
    • C01G23/0536Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts by hydrolysing chloride-containing salts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00Compounds of tungsten
    • C01G41/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G45/00Compounds of manganese
    • C01G45/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G45/00Compounds of manganese
    • C01G45/12Manganates manganites or permanganates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/0018Mixed oxides or hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/0018Mixed oxides or hydroxides
    • C01G49/0063Mixed oxides or hydroxides containing zinc
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/0018Mixed oxides or hydroxides
    • C01G49/0072Mixed oxides or hydroxides containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G51/00Compounds of cobalt
    • C01G51/40Cobaltates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/40Nickelates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • C04B35/265Compositions containing one or more ferrites of the group comprising manganese or zinc and one or more ferrites of the group comprising nickel, copper or cobalt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • C04B35/2658Other ferrites containing manganese or zinc, e.g. Mn-Zn ferrites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • C04B35/2666Other ferrites containing nickel, copper or cobalt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802Powder coating materials
    • C04B35/62805Oxide ceramics
    • C04B35/62826Iron group metal oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632Organic additives
    • C04B35/6325Organic additives based on organo-metallic compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021Composite material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/011Manufacture or treatment of multistable switching devices
    • H10N70/021Formation of switching materials, e.g. deposition of layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20Multistable switching devices, e.g. memristors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20Multistable switching devices, e.g. memristors
    • H10N70/24Multistable switching devices, e.g. memristors based on migration or redistribution of ionic species, e.g. anions, vacancies
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881Switching materials
    • H10N70/883Oxides or nitrides
    • H10N70/8833Binary metal oxides, e.g. TaOx
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881Switching materials
    • H10N70/883Oxides or nitrides
    • H10N70/8836Complex metal oxides, e.g. perovskites, spinels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/30Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32Spheres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/64Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/80Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C01P2004/82Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases two phases having the same anion, e.g. both oxidic phases
    • C01P2004/84Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases two phases having the same anion, e.g. both oxidic phases one phase coated with the other
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3262Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • C04B2235/3274Ferrites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3275Cobalt oxides, cobaltates or cobaltites or oxide forming salts thereof, e.g. bismuth cobaltate, zinc cobaltite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3279Nickel oxides, nickalates, or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54Particle size related information
    • C04B2235/5418Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

본 발명은 나노입자를 이용하여 제조되는 스위칭 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 보다 편리하고 경제적인 방법으로 1 mA 미만의 범위의 전류 값 및 상온(25°C) ± 250°C에서 가역적인 스위칭 효과를 나타내는 나노입자를 이용하여 스위칭 소자(예, 멤리스터(memristor))를 대량 생산할 수 있다. 나노입자 어셈블리에 기초한 멤리스터의 높은 가능성에 대한 예측은 크기, 조성, 차원, 표면적 및 화학포텐셜과 같은 이들의 나노스케일 특성을 조절함에 따른 나노입자의 전기적 효과 조절의 다능성에 의해 지지된다.The present invention relates to a switching device manufactured using the nanoparticles and a method of manufacturing the same. In addition, the present invention provides a more convenient and economical way for switching devices (eg, memristors) using nanoparticles exhibiting reversible switching effects at current values in the range of less than 1 mA and at room temperature (25 ° C) ± 250 ° C. (memristor)) can be mass produced. The prediction of the high potential of memristors based on nanoparticle assembly is supported by the versatility of controlling the electrical effects of nanoparticles by controlling their nanoscale properties such as size, composition, dimension, surface area and chemical potential.

스위칭 소자(switching device), 멤리스터(memristor), 나노입자, 어셈블리 (assembly) Switching devices, memristors, nanoparticles, assemblies

Description

나노입자 어셈블리 기반의 스위칭 소자 및 이의 제조 방법 {A NANOPARTICLE ASSEMBLY-BASED SWITCHING DEVICE AND A METHOD FOR PREPARATION OF THE SAME}Switching device based on nanoparticle assembly and its manufacturing method {A NANOPARTICLE ASSEMBLY-BASED SWITCHING DEVICE AND A METHOD FOR PREPARATION OF THE SAME}

본 발명은 나노입자를 이용한 스위칭 소자 (switching device) 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 나노입자의 어셈블리 기반의 스위칭 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a switching device using nanoparticles and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to an assembly-based switching device of nanoparticles and a method of manufacturing the same.

1940년대 진공관을 이용한 제 1세대 기억 소자 (device)가 최초로 소개되었다. 그리고, 1965년 인텔의 창시자인 고든 무어가 발표한 “무어의 법칙”과 2002년 국제반도체회로학술회의에서 삼성전자 황창규 사장이 발표한 “황의 법칙”의 예상대로 고집적화, 고속화, 고기능화를 가지는 소자 (device)들로 전자 산업은 매년 급속도의 발전을 이룩하고 있다. 여기에 최근에는 나노 기술까지 접목되면서 기존의 물질과는 차별성을 지닌 나노 물질들로 인해 앞으로의 전자 산업 발전에 또 다른 큰 영향을 줄 것으로 기대된다. 나노 물질의 경우 단순히 크기만 작아진 것이 아니라 그 작은 크기로 인해 벌크 (bulk) 물질과는 구분되는 새로운 물리적/화학적 성질을 가지고 있다. 이러한 새로운 성질을 가진 나노 물질은 기존 산업이 가지고 있는 한계점을 극복할 수 있을 것으로 기대되어 차세대 신소재로써 현재 많은 각광 을 받고 있으며, 특히 전자 소재 분야에서는 나노 물질을 이용하여 새로운 개념의 소자를 개발하고자 많은 노력이 이루어지고 있다. 예를 들어, IBM의 Murray 연구팀은 DNA를 이용하여 코발트 나노 입자를 배열함으로써 single electron transistor를 구현하였다 (문헌[Black, C. T. 등, Size-dependent tunneling in self-assembled cobalt-nanocrystal superlattice. Science, 2005, 290 p.1131] 참조). 또한 은 나노 입자에 전류를 흘려줄 때 은 이온 사이에 bridge를 형성함으로써 스위치 역할을 하는 conductive bridging random access memory(CBRAM)도 개발되었다 (문헌 [Muller, G. 등, Conductive bridging RAM (CBRAM): an emerging non-volatile memory technology scalable to sub 20 nm. Electron Devices Meeting , IEDM Technical Digest . IEEE International , 2005, p.754] 참조). 특히, Nature에 소개된 나노 미터 두께의 박막으로 구현된 멤리스터 소재는 만능 기능의 토탈 리콜 (total recall)이 가능하고, 전기가 나가도 화면이 그대로 있어서 휴대폰의 경우에 배터리 충전 없이 1개월을 버틸 수 있으며, 전기가 필요 없어 DRAM을 대체할 새로운 컴퓨터 메모리의 등장을 소개하면서 이른바 "무어의 법칙 (Moore' law)"의 무기한 연장 가능성을 보여주고 있다(문헌 [Williams, R. S. 등, Missing memristor found. Nature, 2008, 453, p.80] 참조). In the 1940's, first-generation memory devices using vacuum tubes were first introduced. In addition, the device has high integration, high speed, and high functionality as expected by "Moore's Law" announced by Intel Moore, founder of Intel in 1965, and "Hwang's Law" announced by Samsung Electronics CEO Chang-Kyu Hwang at 2002 International Semiconductor Circuit Conference. With the devices, the electronics industry is making rapid progress every year. In addition, recently, as nanotechnology is applied, it is expected that nanomaterials that are different from existing materials will have another big influence on the future development of the electronic industry. Nanomaterials are not just smaller in size but have new physical and chemical properties that distinguish them from bulk materials because of their small size. Nanomaterials with these new properties are expected to overcome the limitations of the existing industry, and are attracting much attention as the next generation of new materials. Especially in the field of electronic materials, many nanomaterials are being developed to develop new concept devices. Efforts are being made. For example, IBM's Murray team implemented a single electron transistor by arranging cobalt nanoparticles using DNA (Black, CT, et al., Size-dependent tunneling in self-assembled cobalt-nanocrystal superlattice. Science , 2005 , 290 p.1131). In addition, conductive bridging random access memory (CBRAM), which acts as a switch by forming a bridge between silver ions when passing current through the silver nanoparticles, has also been developed (Muller, G. et al., Conductive bridging RAM (CBRAM): an emerging non-volatile memory technology scalable to sub 20 nm. Electron Devices Meeting, IEDM Technical Digest . IEEE International , 2005 , p. 754). In particular, the memristor material made of nanometer-thick thin film introduced in Nature is capable of total recall with all-around function, and the screen remains intact even when electricity goes out, so the phone can last one month without charging the battery. It introduces the emergence of new computer memory to replace DRAM without the need for electricity, demonstrating the possibility of an indefinite extension of the so-called "Moore 'law" (Williams, RS et al ., Missing memristor found. , 2008 , 453 , p. 80).

일반적으로 알려진 전기 회로인 저항 (resistance), 인덕터 (inductor), 축전기(capacitance)와 더불어 제 4의 요소로 알려진 멤리스터 (memristor)는 기존의 트랜지스터가 가지는 한계를 극복하여 전자 산업 분야에 큰 혁신을 가져 올 것으로 기대되고 있다. 멤리스터 (memristor)는 메모리 (memory)와 레지스터 (resistor)의 합성어로서, 메모리 값을 기억하는 능력이 있는 것 (지나간 전류값을 모두 기억하는 능력이 있기 때문에 전류가 없더라도 정보를 기억하는 능력이 있는 것)을 의미한다(문헌 [Chua, L.O., Memristor-the missing circuit element. IEEE Trans . Circuit Theory, 1971, 18, p.507] 참조). 그리고, 멤리스터는 교류에서만 작동되므로, 전압이 걸리면 시간에 따라 사인 곡선으로 변하는데, 이러한 전압의 양극성 변화로 인하여 약간의 전도성 상태인 오프 (off) 상태와 강한 전도성 상태인 온 (on) 상태 사이에서 양방향으로 스위칭될 수 있다. 멤리스터를 통해 흐르는 전류의 값 (멤리스터의 저항값)은 이력 현상 (hysteresis effect)을 가진다. 따라서, 멤리스터는 하나의 비선형적인 레지스터 (nonlinear resistor)의 역할을 하게 되어, 멤리스터를 가로 질러 걸리는 전압의 시간 기록에 따라 저항이 비선형적으로 변하게 되는 것이다. In addition to the commonly known electrical circuits of resistance, inductor and capacitors, memristors, known as fourth elements, overcome the limitations of conventional transistors and bring great innovation to the electronics industry. It is expected to bring. A memristor is a compound word of memory and resistor, and has the ability to memorize memory values (because it has the ability to memorize all past current values. (Chua, LO, Memristor-the missing circuit element. IEEE Trans . Circuit Theory , 1971 , 18 , p. 507). And since memristors operate only on alternating current, they change sinusoidally with time, due to the bipolar change in voltage, between a slightly conductive off state and a strong conductive on state. Can be switched in both directions. The value of the current flowing through the memristor (the resistance of the memristor) has a hysteresis effect. Therefore, the memristor acts as a nonlinear resistor, so that the resistance changes nonlinearly with the time recording of the voltage across the memristor.

미국 HP의 과학자들은 이러한 개념을 Nature지에 발표하였으며 미국 공개특허공보 제2008/0090337호와 제2008/0079029호 등에 개시했는데, 크로스 바 (cross bar) 형태로 회로를 형성하고, 저온에서 작동하는 것을 특징으로 한다. 이들은 백금-산화티탄-백금 층으로 이루어진 나노셀 소자 (nanocell device)를 만들어, 전압을 걸었을 때 생기는 전류-전압의 이력 현상적인 성질들이 산화티탄 층에 있는 산소 공간들이 앞과 뒤로 표류하는 것과 관계가 있음을 밝혀냈다. 또한, 어떤 특정 전압하에서 전자와 원자가 동시에 쌍을 이루어 이동될 때 나노규모 시스템에서 멤리지스턴스 (memresistance)가 자연적으로 일어나고 있음을 모델로 보여 주었다. Scientists at HP in the United States have published this concept in the journal Nature and disclosed in US 2008/0090337 and 2008/0079029, which form circuits in the form of cross bars and operate at low temperatures. It is done. They make a nanocell device consisting of a platinum-titanium oxide-platinum layer, and the hysteretic properties of the current-voltage when a voltage is applied are related to the drift of oxygen spaces in the titanium oxide layer forward and backward. Revealed that there is. We also modeled the natural occurrence of memresistance in nanoscale systems when electrons and atoms move together in pairs under a certain voltage.

하지만, 이러한 박막 형태의 소자는 생산 공정이 복잡하고 생산 비용 역시 높아 경제성이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 소자의 결정에 결함 (defect)이 형성될 가능성이 높으며 이러한 결함들로 인해 제어가 불가능하여 동일한 특성을 가지는 소자의 구현이 어렵다. 반면에 나노 입자를 이용할 경우는 박막 형태에 비해서 입자의 크기, 조성, 표면적 및 화학적 포텐셜 등의 물리적/화학적 특징들을 손쉽게 조절할 수 있고, 박막에 비해서 제조방법이 간단하며, 결함이 없는 단결정 (single crystalline) 구조를 가지므로 현재 사용되고 있는 전자 소자 분야에 폭넓게 응용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이와 관련하여 나노 입자를 이용해 소자를 만들고자 한 노력은 다음과 같다. However, such a thin film type device has a disadvantage in that the production process is complicated and the production cost is also high and economic efficiency is low. In addition, a defect is likely to be formed in the crystal of the device, and these defects are impossible to control, making it difficult to implement a device having the same characteristics. On the other hand, when using nanoparticles, physical / chemical characteristics such as particle size, composition, surface area and chemical potential can be easily adjusted compared to thin film forms, and the manufacturing method is simpler than thin films, and single crystalline without defects. ) Has the advantage that it can be widely applied to the field of electronic devices currently used. In this regard, efforts to make devices using nanoparticles are as follows.

라이스 대학의 D. Natelson 교수의 연구팀에서는 산화철 나노 입자를 이용해서 제조한 소자에 전류를 통해서 유도된 스위치 현상을 관찰하였다 (문헌 [Lee, S. 등 Electrically driven phase transition in magnetite nanostructures. Nature Materials 2008, 7, 130.] 참조). 이 연구팀에서는 나노 입자 주변의 리간드를 제거할 목적으로 진공하에서 나노 입자를 열처리한 후 스위칭 현상을 관찰하였다. 하지만, 스위칭 현상이 아주 낮은 온도(120 K이하)에서만 관찰되었으며 온도가 높아질수록 일반적인 터널링 현상만 나타났다. D. Natelson, Ph.D., a team at Rice University, observed the current-driven switch phenomenon in devices fabricated using iron oxide nanoparticles (Lee, S. et al. Electrically driven phase transition in magnetite nanostructures. Nature Materials 2008 , 7 , 130.]. The team observed the switching phenomenon after annealing the nanoparticles under vacuum to remove the ligands around the nanoparticles. However, switching was observed only at very low temperatures (below 120 K) and only higher tunneling phenomena appeared at higher temperatures.

브라운 대학의 S. Sun 교수의 연구팀에서도 산화철을 이용하여 유사한 방법으로 소자를 제작하여 온도에 따른 저항의 변화를 관찰하였다 (문헌 [Zeng, H. 등 Magnetotransport of magnetite nanoparticle arrays. Physical Review B 2006, 73, 020402] 참조). 하지만, 이 경우에는 스위칭 현상이 전혀 관찰되지 않았고 일반적인 터널링 현상만 나타났다. In the team of Prof. S. Sun Brown University to manufacture the device in a similar manner by using the iron oxide was observed a change in resistance with temperature (as described in [Zeng, H., etc. Magnetotransport of magnetite nanoparticle arrays. Physical Review B 2006 , 73 , 020402). In this case, however, no switching phenomenon was observed and only general tunneling phenomenon appeared.

이처럼 나노 입자에 열처리를 가할 경우 불순물 등이 불균일하게 생성될 수 있다. 이러한 불순물들은 나노 입자의 전기적 성질에 영향을 끼칠 수 있으며 소자 응용시 동일한 물리적 성질을 획득하기 어렵게 한다. 이로 인해 앞서 언급한 두 연구에서는 유사한 열처리를 하였음에도 불구하고 다른 현상들이 관찰되었으며 주로 터널링 현상만이 관찰되었다.As such, when heat treatment is applied to the nanoparticles, impurities and the like may be unevenly generated. These impurities can affect the electrical properties of nanoparticles and make it difficult to achieve the same physical properties in device applications. Because of this, in the two studies mentioned above, other phenomena were observed despite similar heat treatment, mainly tunneling phenomena.

본 발명자들은 예의 연구한 끝에 기존 시스템의 문제점을 해결하여 나노입자를 어셈블리함으로써 가역적인 스위칭 (reversible switching) 현상을 재현성 있게 나타내는 멤리스터를 비롯한 스위칭 소자를 창안해 내었다.After careful research, the inventors have devised a switching device including a memristor which reproducibly reproduces a reversible switching phenomenon by solving the problems of the existing system and assembling nanoparticles.

본 발명은 나노입자 어셈블리 기반의 스위칭 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a switching device based on the nanoparticle assembly and a method of manufacturing the same.

본 발명은 복수의 나노입자를 포함하는 나노입자 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a switching device and a manufacturing method thereof comprising a nanoparticle assembly comprising a plurality of nanoparticles.

본 발명의 “스위칭 소자”는 외부에서 가해준 전류, 전압 또는 자기장에 의해 스위칭 효과를 나타내는 것을 특징으로 한다. The "switching element" of the present invention is characterized by exhibiting a switching effect by an externally applied current, voltage or magnetic field.

스위칭 소자는 특정한 전류값 혹은 전압값에서 RON 와 ROFF (RON: on 상태의 저항, ROFF: off 상태의 저항)의 상태를 가지는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 본 발명의 스위칭 소자는 1 A 이하의 전류를 가해주었을 때 가역적인 스위칭 현상을 보이는 것을 특징으로 하고, 보다 바람직하게는 1 mA 이하, 보다 더 바람직하게는 100 nA 이하 이다. 특히, 본 발명의 스위칭 소자는 1 A-100 nA의 전류를 가했을 때 가역적인 스위칭 현상을 보이는 것을 특징으로 한다.The switching element is R ON at a specific current or voltage value. With R OFF (R ON : on state resistance, R OFF : off state resistance). Preferably, the switching element of the present invention is characterized by exhibiting a reversible switching phenomenon when a current of 1 A or less is applied, more preferably 1 mA or less, even more preferably 100 nA or less. In particular, the switching device of the present invention is characterized by showing a reversible switching phenomenon when applying a current of 1 A-100 nA.

바람직한 구현 예에 따르면, 본 발명의 스위칭 소자는 ROFF/RON이 1 이상인 것을 특징으로 하며, 보다 바람직하게는 5 이상, 보다 더 바람직하게는 10 이상, 가장 바람직하게는 20 이상인 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명의 스위칭 소자는 ROFF/RON이 5-30인 것을 특징으로 한다. 후술할 추가적인 논의 사항에서 언급한 바와 같이, 시간-의존성 변화를 고려하였을 때, 본 발명의 스위칭 소자의 ROFF/RON 값은 훨씬 더 의미가 있다.According to a preferred embodiment, the switching element of the present invention is characterized in that R OFF / R ON is 1 or more, more preferably 5 or more, even more preferably 10 or more, most preferably 20 or more. . In particular, the switching element of the present invention is characterized in that R OFF / R ON is 5-30. As mentioned in further discussion below, R OFF / R ON of the switching element of the present invention, taking into account time-dependent changes, The value is much more meaningful.

이러한 스위칭 현상은 다양한 온도 범위에서 나타나는 것을 특징으로 한다. 스위칭 현상이 나타나는 온도는 나노 입자의 크기 혹은 성분을 변경함으로 조절할 수 있다. 스위칭 현상은 저온에서 상온 (25 oC) + 250 oC의 범위까지 나타나며 바람직하게는 상온 (25 oC) ± 250 oC에서 스위칭 현상이 일어나는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는 상온 (25 oC) ± 100 oC에서 스위칭 현상이 일어나는 것을 특징으로 한다.This switching phenomenon is characterized by a variety of temperature ranges. The temperature at which switching occurs can be controlled by changing the size or composition of the nanoparticles. The switching phenomenon occurs at low temperatures up to the range of room temperature (25 o C) + 250 o C and is preferably characterized by switching at room temperature (25 o C) ± 250 o C. More preferably, the switching phenomenon occurs at room temperature (25 ° C) ± 100 ° C.

상기 나노 입자 어셈블리는 나노 입자간의 밀집구조에 의해 이루어진다. 나노 입자간의 거리가 반드시 일정할 필요는 없으나 전류가 흐를 수 있을 만큼 가까운 거리로 배열되어야 한다. 나노 입자간의 거리가 평균 10 nm 이하인 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 평균 5 nm 이하이다. 가장 바람직하게는 나노 입자간의 거리가 평균 2 nm 이하이다. The nanoparticle assembly is made by a dense structure between nanoparticles. The distance between the nanoparticles does not have to be constant, but should be arranged close enough to allow current to flow. It is preferable that the distance between nanoparticles is 10 nm or less on average, More preferably, it is 5 nm or less on average. Most preferably, the distance between nanoparticles is 2 nm or less on average.

본 발명의 스위칭 소자에 있어서 사용될 수 있는 나노 입자의 다른 형태는 1) 칼코겐 화합물, 2) 니코겐 화합물, 3) 탄소족 화합물, 4) 붕소족 화합물, 5) 금속, 6) 합금, 또는 7) 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한된 것은 아니다. Other forms of nanoparticles that can be used in the switching device of the present invention are: 1) chalcogen compounds, 2) nicogen compounds, 3) carbon group compounds, 4) boron compounds, 5) metals, 6) alloys, or 7 ) Including, but not limited to, multicomponent hybrids thereof.

상기 칼코겐 계열의 화합물은 바람직하게는 Ma xAz, Ma xMb yAz (Ma = 1족 원소, 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소 및 악티늄족 원소로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 원소; Mb = 1족 원소, 2족 원소, 13족?15족 원소, 17족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 원소; A = O, S, Se, Te 및 Po로 구성된 군에서 선택되는 원소; 0<x≤16, 0≤y≤16, 0<z≤8), 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한된 것은 아니다.The chalcogen-based compound is preferably M a x A z , M a x M b y A z (M a = at least one element selected from the group consisting of Group 1 element, Group 2 element, Group 13 element, Group 14 element, transition metal element, lanthanum element and actinium element; M b = Group 1 element, 2 One or more elements selected from the group consisting of group elements, group 13-15 group elements, group 17 elements, transition metal elements, lanthanide elements, and actinides elements; A = O, S, Se, Te, and Po Elements selected from the group; 0 <x ≦ 16, 0 ≦ y ≦ 16, 0 <z ≦ 8), or multicomponent hybrids thereof, but are not limited thereto.

더욱 바람직하게는 Ma xAz, Ma xMb yAz (Ma = 전이 금속 원소, 란탄족 원소 및 악티늄족 원소로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 원소; Mb = 1족 원소, 2족 원소, 13족?15족 원소, 17족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소; 0<x≤16, 0≤y≤16, 0<z≤8), 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한된 것은 아니다.More preferably M a x A z , M a x M b y A z (M a = at least one element selected from the group consisting of transition metal elements, lanthanide elements, and actinium elements; M b = group 1 elements, group 2 elements, group 13-15 group elements, group 17 elements, transition metals One or more elements selected from the group consisting of elements, lanthanide elements, and actinides; 0 <x ≦ 16, 0 ≦ y ≦ 16, 0 <z ≦ 8), or multicomponent hybrids thereof It is not limited to this.

상기 니코겐 계열의 화합물은 바람직하게는 Mc xAz, Mc xMd yAz (Mc = 1족 원소, 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소; Md = 1족 원소, 2족 원소, 13족?14족 원소, 16족?17족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소; A = N, P, As, Sb 및 Bi로 구성된 그룹에서 선택되는 원소; 0<x≤24, 0≤y≤24, 0<z≤8), 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한된 것은 아니다.The nicotine-based compound is preferably M c x A z , M c x M d y A z (M c = at least one element selected from the group consisting of Group 1 element, Group 2 element, Group 13 element, Group 14 element, transition metal element, lanthanide element, and actinium element; M d = Group 1 element, At least one element selected from the group consisting of Group 2 elements, Group 13-14 elements, Group 16-17 elements, transition metal elements, lanthanide elements, and actinium elements; A = N, P, As, Sb And an element selected from the group consisting of Bi; 0 <x ≦ 24, 0 ≦ y ≦ 24, 0 <z ≦ 8), or multicomponent hybrids thereof.

더욱 바람직하게는 Mc xAz, Mc xMd yAz (Mc = 전이 금속 원소, 란탄족 원소 및 악티늄족 원소로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 원소; Md = 1족 원소, 2족 원소, 13족?14족 원소, 16족?17족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소; A = N, P, As, Sb 및 Bi로 구성된 그룹에서 선택되는 원소; 0<x≤24, 0≤y≤24, 0<z≤8), 또는 이들의 다성분 혼성체인 것이 보다 더 바람직하다.More preferably M c x A z , M c x M d y A z (M c = at least one element selected from the group consisting of transition metal elements, lanthanide elements and actinium elements; M d At least one element selected from the group consisting of group 1 element, group 2 element, group 13-14 group, group 16-17 element, transition metal element, lanthanum element, and actinium element; A = an element selected from the group consisting of N, P, As, Sb and Bi; More preferably 0 <x ≦ 24, 0 ≦ y ≦ 24, 0 <z ≦ 8), or multicomponent hybrids thereof.

상기 탄소족 계열의 화합물은 바람직하게는 Me xAz, Me xMf yAz (Me = 1족 원소, 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소; Mf = 1족 원소, 2족 원소, 13족 원소, 15족17족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소; A = C, Si, Ge, Sn 및 Pb로 구성된 그룹에서 선택되는 원소; 0<x≤32, 0≤y≤32, 0<z≤8), 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한된 것은 아니다. The carbon group-based compound is preferably M e x A z , M e x M f y A z (M e = at least one element selected from the group consisting of Group 1 element, Group 2 element, Group 13 element, Group 14 element, transition metal element, lanthanide element, and actinium group element; M f = Group 1 element, At least one element selected from the group consisting of Group 2 elements, Group 13 elements, Group 15, Group 17 elements, transition metal elements, lanthanide elements, and actinium elements; A = C, Si, Ge, Sn, and Pb Elements selected from the group; 0 <x ≦ 32, 0 ≦ y ≦ 32, 0 <z ≦ 8), or multicomponent hybrids thereof.

상기 붕소족 계열의 화합물은 바람직하게는 Mg xAz, Mg xMh yAz (Mg = 1족 원소, 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소, Mh = 1족 원소, 2족 원소, 14족~17족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 군으로부 터 선택되는 1종 이상의 원소, A = B, Al, Ga, In, 및 Tl으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0<x≤40, 0≤y≤40, 0<z≤8), 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한된 것은 아니다. The boron-based compound is preferably Mg xAz, Mg xMh yAz (Mg At least one element selected from the group consisting of Group 1 element, Group 2 element, Group 13 element, Group 14 element, transition metal element, lanthanide element, and actinium group element, Mh At least one element selected from the group consisting of Group 1 elements, Group 2 elements, Groups 14-17 elements, transition metal elements, lanthanide elements, and actinium elements, A = B, Al, Ga, In And at least one element selected from the group consisting of Tl; 0 <x ≦ 40, 0 ≦ y ≦ 40, 0 <z ≦ 8), or multicomponent hybrids thereof, including, but not limited to.

상기 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이 금속, 란탄족 금속, 악티늄족 금속, 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하며 바람직하게는 전이 금속, 란탄족 금속, 악티늄족 금속, 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.The metal comprises an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, a lanthanide metal, an actinium metal, or a multicomponent hybrid thereof, and preferably a transition metal, a lanthanide metal, an actinium metal, or a multicomponent hybrid thereof. Sieves include, but are not limited to.

더욱 바람직하게는, 전이 금속 원소 (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, 및 Ru), 란탄족 원소 (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu), 악티늄족 원소 (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Dm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) 또는 이들의 다성분 혼성 구조체를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.More preferably, transition metal elements (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Ru), lanthanide elements (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Eu, Tb, Dy , Ho, Er, Tm, Yb, and Lu), actinium elements (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Dm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) or multicomponent thereof Including but not limited to hybrid structures.

상기 합금은 Mi xMj y, Mi xMj yMk z (Mi = 전이 금속 원소, 란탄족, 및 악티늄족 원소에서 선택되는 1종 이상의 원소, Mj 및 Mk = 1족 원소, 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 17족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0<x≤20, 0<y≤20, 0≤z≤20), 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한된 것은 아니다.The alloy is M i x M j y , M i x M j y M k z (M i = At least one element selected from transition metal elements, lanthanides, and actinides, M j And M k = At least one selected from the group consisting of Group 1 elements, Group 2 elements, Group 13 elements, Group 14 elements, Group 15 elements, Group 16 elements, Group 17 elements, transition metal elements, lanthanide elements, and actinium group elements element; 0 <x ≦ 20, 0 <y ≦ 20, 0 ≦ z ≦ 20), or multicomponent hybrids thereof, including, but not limited to.

더욱 바람직하게는 Mi xMj y, Mi xMj yMk z (Mi 은 전이 금속 원소 (Ba, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Zr, Te, W, Pd, Ag, Pt, 및 Au), 란탄족 원소 (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu, 악티늄족 원소 (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Dm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소, Mj 및 Mk = 1족 금속 원소, 2족 금속 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 17족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족, 및 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0<x≤20, 0<y≤20, 0≤z≤20), 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한된 것은 아니다.More preferably M i x M j y , M i x M j y M k z (M i is a transition metal element (Ba, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Zr, Te, W, Pd, Ag, Pt, and Au), lanthanide elements (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, actinium elements At least one element selected from the group consisting of (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Dm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr), M j and M k = Group 1 metal elements At least one element selected from the group consisting of Group 2 metal elements, Group 13 elements, Group 14 elements, Group 15 elements, Group 16 elements, Group 17 elements, transition metal elements, lanthanides, and actinium elements; x ≦ 20, 0 <y ≦ 20, 0 ≦ z ≦ 20), or multicomponent hybrids thereof, including, but not limited to.

스위칭 소자용 나노 입자는 더욱 바람직하게는 Ma xOz, Ma xMb yOz (Ma 및 Mb = 전이 금속 원소, 란탄족 및 악티늄족 원소로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 원소; 0<x≤16, 0≤y≤16, 0<z≤8) 및 이들의 다성분 혼성체이며 가장 바람직하게는 MxFeyOz (M = Zn, Mn, Fe, Co 또는 Ni를 포함하는 전이 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0<x≤8, 0<y≤8, 0<z≤8), ZnwMxFeyOz (M = Mn, Fe, Co 또는 Ni를 포함하는 전이 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0<w≤8, 0<x≤8, 0<y≤8, 0<z≤8), ZnwMxFeyOz (M = Mn, Fe, Co 또는 Ni를 포함하는 전이 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0<w≤8, 0<x≤8, 0<y≤8, 0<z≤8), 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한된 것은 아니다.Nanoparticles for the switching device is more preferably M a x O z , M a x M b y O z (M a and M b = one or more elements selected from the group consisting of transition metal elements, lanthanides and actinides; 0 <x ≦ 16, 0 ≦ y ≦ 16, 0 <z ≦ 8) and their Component hybrid and most preferably M x Fe y O z (M = at least one element selected from transition metals including Zn, Mn, Fe, Co or Ni; 0 < x ≦ 8, 0 < y ≦ 8, 0 <z ≦ 8), Zn w M x Fe y O z (M = at least one element selected from transition metals including Mn, Fe, Co or Ni; 0 <w ≦ 8, 0 <x ≦ 8, 0 <y ≦ 8, 0 <z ≦ 8), Zn w M x Fe y O z (M = at least one element selected from transition metals including Mn, Fe, Co or Ni; 0 <w≤8, 0 <x≤8, 0 <y≤8, 0 <z <8), or multicomponent hybrids thereof, but is not limited thereto.

상기 다성분 혼성체는 전술한 칼코겐 계열의 화합물, 니코겐 계열의 화합물, 탄소족 계열의 화합물, 붕소족 계열의 화합물, 금속, 또는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 2종 이상의 성분으로 구성되거나, 전술한 칼코겐 계열의 화합 물, 니코겐 계열의 화합물, 탄소족 계열의 화합물, 붕소족 계열의 화합물, 금속, 또는 합금으로 구성된 군으로부터 1 종 이상 선택되고 또 이를 제외한 다른 성분으로 구성된 군으로부터 선택되는 최소 1 종의 성분을 동시에 포함하는 나노입자로서, 이들의 형태는 코어-셸 (core-shell), 코어-다중 셸, 헤테로다이머 (heterodimer), 트라이머 (trimer), 멀티머 (multimer), 바코드, 또는 공축형 막대 (co-axial rod)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게 다성분 혼성체는 칼코겐 계열의 화합물 또는 니코겐 계열의 화합물을 1종 이상 포함하는 것을 특징으로 하나, 이에 제한된 것은 아니다. The multicomponent hybrid is composed of two or more components selected from the group consisting of the above-described chalcogen-based compounds, nicogen-based compounds, carbon-based compounds, boron-based compounds, metals, or alloys, At least one selected from the group consisting of the aforementioned chalcogen compounds, nicogen compounds, carbon group compounds, boron compounds, metals, or alloys, and selected from the group consisting of other components Nanoparticles containing at least one component simultaneously, the form of which is a core-shell, core-multishell, heterodimer, trimer, multimer, It may be a barcode, or a co-axial rod, but is not limited thereto. Preferably, the multicomponent hybrid is characterized in that it includes one or more compounds of the chalcogen-based compound or nicotine-based compound, but is not limited thereto.

나노 입자는 바람직하게는 1 또는 2 이상의 산화수를 가지는 1종 또는 2종 이상의 금속 원소를 포함하는 금속 화합물로 구성되어 있다.  The nanoparticles are preferably composed of a metal compound containing one or two or more metal elements having one or two or more oxidation numbers.

사용되는 나노 입자는 크기가 그 무기물 나노 코어의 직경이 1 - 1000 nm 범위에 있으며 바람직하게는 2 - 500 nm 범위인 입자, 보다 더 바람직하게는 5 - 50 nm 범위인 입자를 뜻한다.Nanoparticles used means particles whose size is in the range from 1 to 1000 nm and preferably in the range from 2 to 500 nm, even more preferably in the range from 5 to 50 nm.

스위칭 소자용 나노 입자는 다양한 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 나노 입자는 (ⅰ) 구형, 코어-쉘 및 다중-코어 쉘 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 0차원 구조이거나; (ⅱ) 막대, 바코드, 코어-쉘 동축 막대 및 다중-코어 쉘 동축 막대 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 1차원 구조이거나; (ⅲ) 판상, 레이어 및 다중-성분 판상 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 2차원 구조이거나; (ⅳ) 가지(branched) 구조, 덴드라이트 구조, 아령 구조 및 다중막대 (multi-pod) 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 3차원 구조를 가진다.The nanoparticles for the switching device may have various forms. Preferably the nanoparticles are (i) a zero dimensional structure selected from the group consisting of spherical, core-shell and multi-core shell structures; (Ii) is a one-dimensional structure selected from the group consisting of bars, bar codes, core-shell coaxial bars and multi-core shell coaxial bar structures; (Iii) a two-dimensional structure selected from the group consisting of plate-like, layers and multi-component plate-like structures; (Iii) has a three-dimensional structure selected from the group consisting of a branched structure, a dendrite structure, a dumbbell structure, and a multi-pod structure.

바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 나노입자는 표면에 부착된 유기 물질을 제거하기 위해서 표면 처리된다.According to a preferred embodiment, the nanoparticles of the invention are surface treated to remove organic substances attached to the surface.

본 발명의 스위칭 소자는 다양한 용도에 적용될 수 있으며, 그 예로는 DRAM (Dynamic Random Access Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-only Memory), SRAM (Static Random Access Memory), PRAM (Phase change Random Access Memory), RRAM (Resistance Random Access Memory), MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory), CBRAM (Conductive Bridging Random Access Memory), 멤리스터 (memristor), 스핀트로닉스 (spintronics) 소자 등을 들 수 있다. 특히, 본 발명의 스위칭 소자는 멤리스터 (memristor)인 것이 바람직하다. The switching element of the present invention can be applied to various applications, for example, Dynamic Random Access Memory (DRAM), Electrically Erasable Programmable Read-only Memory (EEPROM), Static Random Access Memory (SRAM), Phase change Random Access Memory (PRAM) ), Resistance random access memory (RRAM), magnetoresistive random access memory (MRAM), ferroelectric random access memory (FRAM), conductive bridging random access memory (CBRAM), memristors, and spintronics devices. Can be. In particular, the switching element of the present invention is preferably a memristor.

한편, 본 발명은 나노입자 어셈블리를 포함하는 스위칭 소자를 제조하는 방법으로서, (a) 나노 입자를 합성하는 단계; (b) 상기 나노 입자를 이용하여 나노 입자 어셈블리를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 나노입자 어셈블리에 전류, 전압 또는 자기장을 가할 수 있는 수단을 접속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법을 제공한다. On the other hand, the present invention is a method for manufacturing a switching device comprising a nanoparticle assembly, (a) synthesizing nanoparticles; (b) forming a nanoparticle assembly using the nanoparticles; And (c) connecting a means for applying a current, a voltage or a magnetic field to the nanoparticle assembly.

단계 (a)에서 나노 입자를 합성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 기상(gas phase), 또는 액상(liquid phase) [예컨대, 수용액, 유기용액, 또는 다용액계 등]에서 나노 입자를 합성할 수 있다. The method for synthesizing the nanoparticles in step (a) is not particularly limited, but preferably the nanoparticles are prepared in a gas phase or liquid phase (eg, an aqueous solution, an organic solution, or a multi-solution system, etc.). Can be synthesized.

나노 입자는 유기 용매상에서 합성되는 것이 바람직하며 한 예로는 금속 선구물질을 계면활성제 또는 계면활성제 함유 용매에 첨가하여 혼합 용액을 제조한 후, 상기 혼합 용액을 50 ? 600 ℃ 로 가열하여 상기 금속 선구물질을 열분해시켜 나노입자를 형성시킬 수 있다. The nanoparticles are preferably synthesized in an organic solvent. For example, a metal precursor is added to a surfactant or a solvent-containing solvent to prepare a mixed solution, and then the mixed solution is added to 50? By heating to 600 ° C it is possible to pyrolyze the metal precursor to form nanoparticles.

상기 금속 선구 물질은 당업계에서 사용되는 모든 금속 선구물질을 포함하나 바람직하게는 0이 아닌 산화수를 갖는 것을 특징으로 한다. The metal precursor includes all metal precursors used in the art but is preferably characterized by having a non-zero oxidation number.

상기 선구 물질은 1종 이상의 금속 원소 (M = 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소, 13족 원소 또는 14족 원소)를 포함하는 화합물로써 바람직하게는 금속 니트레이트 계열의 화합물, 금속 설페이트 계열의 화합물, 금속 플루오르아세토아세테이트 계열의 화합물, 금속 아세틸아세토네이트, 금속 할라이드 (MXa, M = 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소, 13족 원소, 또는 14족 원소로 구성된 군으로부터 1종 이상의 원소; X = F, Cl, Br, I; 0<a≤5) 계열의 화합물, 금속 퍼클로로레이트 계열의 화합물, 금속 설파메이트 계열의 화합물, 금속 카르복실레이트, 금속 스티어레이트 계열의 화합물, 유기 금속 계열의 화합물, 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이들에 제한되는 것은 아니다.The precursor is a compound containing at least one metal element (M = transition metal element, lanthanide element, actinium element, group 13 element or group 14 element), preferably a metal nitrate-based compound, a metal sulfate-based compound At least one compound selected from the group consisting of a compound of a compound, a metal fluoracetoacetate-based compound, a metal acetylacetonate, a metal halide (MX a , M = transition metal element, lanthanide element, actinium element, group 13 element, or group 14 element The above elements; X = F, Cl, Br, I; 0 <a ≤ 5) series compounds, metal perchloroate series compounds, metal sulfamate series compounds, metal carboxylates, metal styrate series compounds, Organometallic compounds, or multicomponent hybrids thereof, including but not limited to these.

상기 유기 금속 계열의 화합물은 MxLy (M = 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소, 13족 원소 및 14족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; L = 금속과 배위 결합을 이룰 수 있는 1종 이상의 리간드; 0<x≤10, 0<y≤120), 또는 이들의 다성분 혼성체를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. The organometallic compound is M x L y (M = at least one element selected from the group consisting of transition metal elements, lanthanide elements, actinium elements, group 13 elements and group 14 elements; L = one or more ligands capable of coordinating with metals; 0 < x ≦ 10, 0 <y ≦ 120), or multicomponent hybrids thereof, but is not limited thereto.

본 발명의 스위칭 소자의 제조 방법에 있어서, 단계 (a)의 혼합 용액 중의 계면활성제는 유기산, 유기 아민, 알칸 티올, 포스폰산, 알킬 포스핀 옥사이드이거 나 트리부틸 포스핀, 알킬 설페이트, 알킬 포스페이트, 또는 테트라알킬 암모늄 할라이드로 구성된 군에서 선택될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 더욱 바람직하게 계면활성제는 올레산, 라우르산, 스테아르산, 미리스트산, 헥사데카노산, 올레일 아민, 라우릴 아민, 디옥틸 아민, 트리옥틸 아민, 헥사데실 아민, 도데칸 티올, 헥사데칸 티올 또는 헵타데칸 티올, 테트라데실 포스폰산, 옥타데실 포스폰산, 트라이 옥틸 포스핀 옥사이트 등을 포함하는 군에서 1종 이상 선택할 수 있으나 이들에 제한되는 것은 아니다.In the manufacturing method of the switching element of the present invention, the surfactant in the mixed solution of step (a) is an organic acid, an organic amine, an alkane thiol, phosphonic acid, alkyl phosphine oxide or tributyl phosphine, alkyl sulfate, alkyl phosphate, Or tetraalkyl ammonium halide, but is not limited thereto. More preferably the surfactant is oleic acid, lauric acid, stearic acid, myristic acid, hexadecanoic acid, oleyl amine, lauryl amine, dioctyl amine, trioctyl amine, hexadecyl amine, dodecane thiol, hexadecane thiol Or heptadecane thiol, tetradecyl phosphonic acid, octadecyl phosphonic acid, trioctyl phosphine oxite, and the like, but may be selected from one or more.

본 발명의 스위칭 소자의 제조 방법에 있어서, 단계 (a)의 혼합 용액 중의 용매는 에테르계 화합물, 탄화수소류, 유기산, 유기 아민, 알칸 티올, 포스폰산, 알킬 포스핀 옥사이드, 트리부틸 포스핀, 알킬 설페이트, 알킬 포스페이트, 또는 테트라알킬 암모늄 할라이드로 구성된 군에서 1종 이상 선택될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 더욱 바람직하게는 옥틸 에테르, 벤질 에테르, 페닐 에테르, 헥사 데칸, 헵타 데칸, 옥타 데칸, 올레산, 라우르산, 스테아르산, 미리스트산, 헥사데카노산, 올레일 아민, 디옥틸 아민, 트리옥틸 아민, 헥사데실 아민, 도데탄 티올, 헥사데칸 티올, 헵타데칸 티올 등을 포함하는 군에서 1종 이상 선택될 수 있으나 이들에 제한되는 것은 아니다.In the method for producing a switching device of the present invention, the solvent in the mixed solution of step (a) is an ether compound, hydrocarbons, organic acids, organic amines, alkanes thiols, phosphonic acids, alkyl phosphine oxides, tributyl phosphines, alkyls One or more may be selected from the group consisting of sulfate, alkyl phosphate, or tetraalkyl ammonium halides, but is not limited thereto. More preferably octyl ether, benzyl ether, phenyl ether, hexadecane, heptadecane, octadecane, oleic acid, lauric acid, stearic acid, myristic acid, hexadecanoic acid, oleyl amine, dioctyl amine, trioctyl amine , Hexadecyl amine, dodetan thiol, hexadecane thiol, heptadecan thiol and the like can be selected from one or more types, but is not limited thereto.

본 발명의 스위칭 소자의 제조 방법에 있어서 상기 금속 선구물질의 농도와 계면활성제의 농도, 용매의 양, 반응 온도, 반응 시간을 조절하여, 나노입자의 크기를 조절하는 것이 가능하다. 상기 계면활성제와 상기 용매는 각각 상기 금속 선구물질의 1배 내지 100배의 양으로 혼합 용액에 포함되는 것이 바람직하다. In the manufacturing method of the switching device of the present invention, it is possible to control the size of the nanoparticles by adjusting the concentration of the metal precursor, the concentration of the surfactant, the amount of the solvent, the reaction temperature, and the reaction time. Preferably, the surfactant and the solvent are included in the mixed solution in an amount of 1 to 100 times the metal precursor.

상기 단계 (a)에 있어서, 바람직하게는 산화제 또는 환원제의 추가 없이도 50 ? 600 ℃에서의 열분해에 의해 생성되는 나노입자는 그 종류에 따라 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예컨대, 산화철 나노입자는 자기공명 영상 조영제, 데이터 저장 등의 분야에 적용될 수 있고, 티탄 산화물 나노입자는 광촉매 및 센서 분야에 적용될 수 있으며, 텅스텐 산화물 나노입자는 광촉매 및 탈황제 분야에 적용될 수 있고, 망간 산화물 나노입자는 고용량 세라믹 콘덴서 전극재료, 화학반응 촉매 및 연자석 재료 분야에 적용될 수 있다. In the above step (a), it is preferred that 50? Nanoparticles produced by pyrolysis at 600 ℃ can be applied to various fields depending on the kind. For example, iron oxide nanoparticles can be applied to fields such as magnetic resonance imaging contrast agent, data storage, titanium oxide nanoparticles can be applied to the photocatalyst and sensor field, tungsten oxide nanoparticles can be applied to the field of photocatalyst and desulfurization agent, manganese Oxide nanoparticles can be applied to high capacity ceramic capacitor electrode materials, chemical reaction catalysts, and soft magnetic materials.

단계 (a)에서 생성된 나노입자는 추가적으로 표면 처리를 하여 그 스위칭 효과를 높일 수 있다. 표면 처리는 스위칭 현상을 증가시키기 위해 표면에 존재하는 계면 활성제를 제거하거나 또는 추가적인 코팅을 하는 등의 다양한 물리적/화학적 방법을 포함한다.Nanoparticles produced in step (a) can be further surface-treated to increase the switching effect. Surface treatments include various physical / chemical methods, such as removing surfactants or adding additional coatings to the surface to increase switching phenomena.

그 중 바람직한 한 예는 알칼리 용액을 처리함으로써 그 표면의 계면활성제를 제거하는 것이다. 상기 표면 처리에 사용되는 알칼리 용액은 알킬암모늄, 알킬암모늄 하이드록사이드, 알킬암모늄 할라이드, 알킬포스핀, 알킬포스핀 하이드록사이드 및 알킬포스핀 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 알칼리 화합물 [여기서, 알킬은 CnH2n +1 (0<n≤5)]을 포함하나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 알칼리 용액은 바람직하게는 알킬암모늄 또는 알킬암모늄 하이드록사이드를 포함하고, 보다 더 바람직하게는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 또는 테트라에틸암모늄 하이드록사이드를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. One preferred example is to remove the surfactant on its surface by treating the alkaline solution. The alkali solution used for the surface treatment is an alkali compound selected from the group consisting of alkylammonium, alkylammonium hydroxide, alkylammonium halide, alkylphosphine, alkylphosphine hydroxide and alkylphosphine halide, wherein alkyl is C n H 2n +1 (0 < n ≦ 5)], but is not limited thereto. The alkaline solution preferably comprises alkylammonium or alkylammonium hydroxides, and even more preferably includes, but is not limited to, tetramethylammonium hydroxide or tetraethylammonium hydroxide.

알칼리 화합물은 극성 용매에 용해하여 사용할 수 있는데 극성 용매의 바람직한 예로는 알코올류, 디메틸 설폭사이드 (dimethyl sulfoxide), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 물 등이 포함되며, 가장 바람직한 극성 용매는 알코올류를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 알칼리 화합물은 극성 용매에 0.001 M ? 10 M의 농도로 해리되어 사용될 수 있으며 더욱 바람직하게는 0.1 M ? 5 M의 농도로 해리되어 사용된다. The alkali compound may be dissolved in a polar solvent, and preferred examples of the polar solvent include alcohols, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, water, and the like. However, the present invention is not limited thereto. The alkali compound is 0.001 M in polar solvent? Can be used after dissociation at a concentration of 10 M, more preferably 0.1 M? Dissociated to a concentration of 5 M and used.

바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 방법은 스위칭 소자의 스위칭 효과를 증가시키기 위해 표면에 부착된 유기 물질을 제거하기 위해서 나노 입자를 표면 처리하는 단계 (a’)를 추가적으로 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 처리는 알칼리 용액의 존재 하에서 실시된다. 가장 바람직하게는 상기 처리는 초음파 처리에 의해 실시된다.According to a preferred embodiment, the method further comprises the step (a ') of surface treatment of the nanoparticles to remove organic substances attached to the surface in order to increase the switching effect of the switching element. More preferably, the treatment is carried out in the presence of an alkaline solution. Most preferably the treatment is carried out by ultrasonic treatment.

단계 (b)에서는, 단계 (a)에서 제조된 나노입자를 LB (Langmuir Blodgett), LBL (layer by layer), 압착, 프린트, 자가 조립(self-assembly), 용액 증발법 (solution evaporation)등을 통해서 어셈블리 (assembly)시킨다. 바람직하게는, 상기 단계 (b)는 단계 (a)에서 제조된 나노입자를 나노입자의 구조가 변형되지 않을 정도의 압력을 가함으로써 어셈블리 (예컨대, 펠렛화)시킨다. 나노입자는 100 Pa 이상의 압력, 바람직하게는 140 ? 180 Pa의 압력하에서 압착하는 단계를 포함하고, 압착 (예컨대, 펠렛화)을 통해 나노입자 어셈블리를 형성할 수 있다. 압착하는 시간은 정해져 있지 않으나 펠렛이 안정적으로 형성될 수 있는 시간이면 충분하다. 바람직하게는 1분 이상 더욱 바람직하게는 5분 이상 압착하는 것이 바람직하다.In step (b), the nanoparticles prepared in step (a) are subjected to Langmuir Blodgett (LB), layer by layer (LBL), compression, printing, self-assembly, solution evaporation, etc. Assemble through Preferably, step (b) assembles (eg, pelletizes) the nanoparticles prepared in step (a) by applying a pressure such that the structure of the nanoparticles is not deformed. The nanoparticles may be at a pressure of at least 100 Pa, preferably at 140? Compacting under a pressure of 180 Pa, the nanoparticle assembly may be formed through compaction (eg, pelletization). Although the time to crimp is not fixed, it is enough time that a pellet can be formed stably. Preferably 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more is preferably pressed.

단계 (c)에서, 나노입자 어셈블리에 전류, 전압 또는 자기장을 가할 수 있는 수단을 상기 나노입자 어셈블리에 접속시킨다. 본 발명에서는 전류, 전압 또는 자기장을 가할 수 있는 수단을 이용하면 충분하고, 반드시 전극을 접속시킬 필요는 없다. 예컨대, 전류 및/또는 전압을 가할 수 있는 수단은 당업계에 공지된 다양한 전원공급장치를 포함한다. 예컨대, 자기장을 가할 수 있는 수단은 당업계에 공지된 다양한 전자기 장치를 포함한다.In step (c), a means capable of applying a current, voltage or magnetic field to the nanoparticle assembly is connected to the nanoparticle assembly. In the present invention, a means capable of applying a current, a voltage or a magnetic field is sufficient, and it is not necessary to connect the electrodes. For example, means capable of applying current and / or voltage include various power supplies known in the art. For example, means capable of applying a magnetic field include various electromagnetic devices known in the art.

요컨대, 본 발명의 스위칭 소자의 제조 방법은 나노입자 어셈블리 (예컨대, 펠렛화)를 통해서 나노입자 표면의 전기적 상태에 영향을 주지 않고 나노입자 간의 접촉 면적을 증가시킴으로써 전기가 흐를 수 있는 수많은 통로를 만들어 주는 것 을 특징으로 한다. 이로써, 본 발명의 방법에 따라 제조된 스위칭 소자는 현저히 우수한 스위칭 효과 (특히, 가역적인 스위칭 효과)를 나타낸다. In short, the method of manufacturing the switching device of the present invention increases the contact area between nanoparticles through nanoparticle assembly (e.g., pelletization) to create numerous passageways through which electricity can flow. It is characterized by giving. As such, the switching elements produced according to the method of the invention exhibit a remarkably good switching effect (in particular, a reversible switching effect).

본 발명에 따르면, 지금까지는 주로 저온에서만 작동이 가능한 스위칭 소자와는 다르게 상온 (25 oC) ± 250 ℃의 작동 온도 및 mA 미만의 전류 값에서 가역적인 거대 스위칭 (reversible switching) 효과를 나타내는 멤리스터를 비롯한 스위칭 소자를 나노입자를 이용하여 간단한 방법으로 그리고, 경제적으로 대량 생산할 수 있으며, 그로 인해 전기가 거의 필요 없고, 컴퓨터 부팅이 필요 없으며, 영원히 지워지지 않는 메모리 구현을 달성할 수 있는 새로운 스위칭 소자의 구현을 달성할 수 있다. 또한 다른 구조를 가지는 나노 입자를 이용한 시스템에서도 동일한 스위 칭 현상이 관찰되며, 그 크기와 조성에 따라서 스위칭 현상이 조절되는 것으로 보아서 앞으로 전자 소자 응용에 폭넓은 가능성을 보여줄 것으로 기대된다.According to the present invention, a memristor which exhibits a reversible switching effect at an operating temperature of room temperature (25 o C) ± 250 ° C. and a current value below mA, unlike switching elements which are mainly operated only at low temperatures so far. Nanoparticles can be used to produce mass-produced switching devices in a simple and economical way, resulting in a memory implementation that requires little electricity, does not require a computer boot, and can never be erased. Implementation can be achieved. In addition, the same switching phenomenon is observed in a system using nanoparticles having different structures, and the switching phenomenon is controlled according to its size and composition, and thus it is expected to show wide potential for electronic device applications in the future.

하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 범주가 하기 실시예에 국한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부된 특허 청구 범위에 기재된 사항으로부터 도출되는 기술적 사상의 범위 내에서 하기 실시예의 다양한 변형, 수정 및 응용이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. Through the following examples will be described in more detail the present invention. However, the following examples are only intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various modifications, modifications, and applications of the following embodiments are possible within the scope of the technical idea derived from the matters described in the appended claims.

실시예 1: 크기가 다른 스위칭 소자용 MFe 2 O 4 (M = Mn 2 + , Fe 2 + , Co 2 + , Ni 2 + ) 나노입자의 제조 Example 1: MFe 2 O 4 for switching elements of different sizes (M = Mn 2 +, Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) Preparation of Nanoparticles

실시예 1의 나노물질 MFe2O4 (M = Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ni2 +)은 본 발명자들이 출원한 대한민국 특허 제10-0604975호와 PCT/KR2004/003088에 기재된 방법에 따라 합성하였다. 나노 물질의 선구물질인 MCl2 (M = Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ni2 +) (Aldrich, USA)와 Fe(acac)3 (iron tris-2,4-pentadionate) (Aldrich, USA)을 올레산 (Aldrich, USA) 및 올레일아민 (Aldrich, USA)이 캡핑 분자로서 각 4 mmol이 담긴 트리옥틸아민 (Aldrich, USA) 용매에 모두 첨가하였다. 그리고, 아르곤 (Argon) 하에서 200 ℃에서 반응시키고 다시 300 ℃에서 반응시켰다. 이러한 방법으로 합성된 나노 물질은 과량의 에탄올로 침전시키고 다시 침전된 나노 물질을 톨루엔으로 재분산시켜 MFe2O4 (M = Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ni2 +) 나노 물질 콜로이드 용액을 얻었다. 분리된 MFe2O4 (M = Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ni2 +) 나노 물질은 전부 균일한 7 nm 크기의 구형 형태를 가지고 있다. Nanomaterial MFe 2 O 4 of Example 1 (M = Mn 2 +, Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) , was synthesized according to the method described in the present inventor are the Republic of Korea Patent No. 10-0604975 and No. PCT / KR2004 / 003088 filed. MCl 2 , the precursor of nanomaterials (M = Mn 2 +, Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) a (Aldrich, USA) and Fe (acac) 3 (iron tris -2,4-pentadionate) (Aldrich, USA) oleic acid (Aldrich, USA) and oleylamine (Aldrich, USA) were both added to the trioctylamine (Aldrich, USA) solvent containing 4 mmol of each as a capping molecule. Then, the mixture was reacted at 200 ° C. under argon and again at 300 ° C. Nanomaterials synthesized in this way were precipitated with excess ethanol and the redispersed nanomaterials were re-dispersed with toluene to MFe 2 O 4 (M = Mn 2 +, Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) nanomaterials obtain a colloidal solution. Separate MFe 2 O 4 (M = Mn 2 +, Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) nanomaterial has a spherical shape of the whole uniform size 7 nm.

나노 물질의 크기의 경우는 반응에 첨가하는 올레산과 올레일아민의 농도를 변화시키면 손쉽게 7 nm 부터 15 nm 까지 크기를 조절할 수 있으며, 실시예 1과 동일한 합성 방법으로 수행하였다. 합성된 MFe2O4 (M = Mn2+, Fe2 +, Co2 +, Ni2 +) 나노 물질의 특성은 투과 전자 현미경 (Transmission Electron Microscopy), 고해상도(high-resolution) 투과 전자 현미경 그리고 X선 회절 (X-ray Diffraction) 분석법을 이용해서 분석하였다. 합성된 나노 물질의 투과 전자 현미경 사진 및 X선 회절분석 결과는 각각 도 3 및 도 4에 나타나 있으며, 합성된 MFe2O4 (M = Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ni2 +) 나노입자들은 매우 균일 (편차 < 5 %)하며 높은 결정성을 가지고 있는 것을 알 수 있다. In the case of the size of the nano-material can be easily adjusted in size from 7 nm to 15 nm by changing the concentration of oleic acid and oleylamine added to the reaction, was carried out by the same synthesis method as Example 1. Synthetic MFe 2 O 4 (M = Mn 2+, Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) properties of nanomaterials TEM (Transmission Electron Microscopy), high resolution (high-resolution) transmission electron microscopy and X-ray diffraction (X-ray The analysis was performed using a diffraction method. The transmission electron micrographs and X-ray diffraction analysis of the as-synthesized nano-material are shown in Figures 3 and 4 respectively, the composite MFe 2 O 4 (M = Mn 2 +, Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 + The nanoparticles are found to be very uniform (deviation <5%) and have high crystallinity.

실시예 2: 아연이 첨가된 스위칭 소자용 Zn x M 1 - x Fe 2 O 4 (M = Mn 2 + , Fe 2 + , Co 2 + , Ni 2 + ) 나노 입자의 제조 Example 2: Zn x M 1 - x Fe 2 O 4 for zinc-added switching element (M = Mn 2 +, Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) Preparation of Nanoparticles

실시예 2의 아연이 첨가된 ZnxM1 - xFe2O4 (M = Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ni2 +) 나노 물질은 본 발명자들이 출원한 대한민국 특허 제10-0604975호, PCT/ KR2004/003088, 대한민국 특허출원 2006-0018921호에 기재된 방법을 기초로 합성하였다. 나노 물질의 선구 물질인 ZnCl2 (Aldrich, USA), MCl2 (M = Mn2 +, Fe2 +, Ni2 +, Co2+)와 Fe(acac)3을 올레산 및 올레일아민이 캡핑 분자로서 각 20 mmol이 담긴 트리옥틸아민 용매에 모두 첨가하였다. 이어서, 아르곤 하에서 200 ℃ 에서 반응시키고 다시 300 ℃ 에서 반응시켰다. 이러한 방법으로 합성된 나노 물질을 과량의 에탄올로 침전시키고 분리된 나노 물질을 다시 톨루엔으로 재분산시켜 콜로이드 용액을 얻었다. 분리된 나노 물질은 15 nm 크기의 Zn0 .4M0 .6Fe2O4 (M = Mn2 +, Fe2 +, Ni2 +, Co2 +) 형태의 물질이다. 초기 반응물인 MCl2 (M = Mn2 +, Fe2 +, Ni2 +, Co2 +, Zn2 +) 물질들의 상대적인 몰수를 변화시키면서 조성 역시 손쉽게 변화시킬 수 있었다. 합성된 나노 물질은 균일한 크기의 구형 형태를 가지고 있으며, 나노 입자의 특성은 투과 전자 현미경으로 분석하였고, 도 5에 나타나 있다.Zn x M 1 - x Fe 2 O 4 with Zinc added in Example 2 (M = Mn 2 +, Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) nanomaterials described in the present inventors have filed the Republic of Korea Patent No. 10-0604975 No., PCT / KR2004 / 003088, Republic of Korea Patent Application No. 2006-0018921 Synthesis was based on the method. ZnCl 2 is the precursor of nanomaterials (Aldrich, USA), MCl 2 Was added to both the trioctylamine solvent containing each 20 mmol of (M = Mn 2 +, Fe 2 +, Ni 2 +, Co 2+) and Fe (acac) 3 as oleic acid and oleyl amine is capped molecules. Subsequently, it was reacted at 200 ° C. under argon and again at 300 ° C. The nanomaterial synthesized in this manner was precipitated with excess ethanol and the separated nanomaterial was redispersed again with toluene to obtain a colloidal solution. Separate nanomaterials size of 15 nm Zn 0 .4 M 0 .6 Fe 2 O 4 (M = Mn 2 + , Fe 2 + , Ni 2 + , Co 2 + ) material. Initial reactant, MCl 2 (M = Mn 2 + , Fe 2 + , Ni 2 + , Co 2 + , Zn 2 + ) The composition could be easily changed by changing the relative moles of materials. The synthesized nanomaterial has a spherical shape of uniform size, and the characteristics of the nanoparticles were analyzed by transmission electron microscopy, and are shown in FIG. 5.

실시예 3: 스위칭 소자용 헤테로 구조의 나노입자의 제조 (코어-쉘 구조) Example 3: Preparation of Heterostructure Nanoparticles for Switching Devices (Core-Shell Structure)

실시예 3의 금속산화물 나노 물질을 포함하는 헤테로 구조의 나노 물질은 전 체 15 nm의 코어-쉘 크기를 갖는 페라이트 나노 물질로써, 본 발명자들에 의해 출원된 대한민국 특허 제10-0604975호 및 PCT KR2004/003088에 기재된 방법을 기초로 합성되었다. The heterostructured nanomaterial including the metal oxide nanomaterial of Example 3 is a ferrite nanomaterial having a core-shell size of 15 nm in total, and has been filed by the inventors of Korean Patent Nos. 10-0604975 and PCT KR2004. It was synthesized based on the method described in / 003088.

먼저 코어 물질은 실시예 1에서 제시한 방법으로 합성되며, 이러한 방법으로 합성된 7 nm의 나노 물질을 이용하여 다음과 같은 실험방법을 통해서 15 nm 크기의 헤테로 구조 코어-쉘 나노 물질을 합성할 수 있다. 7 nm 크기를 가지는 코어 나노 물질을 선구물질인 MCl2 (M = Mn2 +, Fe2 +, Ni2 +, Co2 +)와 Fe(acac)3 그리고 올레산 및 올레일아민이 캡핑 분자로서 각 4 mmol이 담긴 트리옥틸아민 용매에 첨가한 후 동일한 방법으로 아르곤 하에서 200 ℃에서 반응시키고 다시 300 ℃에서 반응 시켰다. 이러한 종자-매개 성장 기법 (seed-mediated growth method)을 이용해서 합성된 나노 물질은 15 nm의 코어-쉘 크기를 갖는다. 분리과정은 코어 나노 물질을 합성할 때와 동일한 방법으로 진행하였다. First, the core material is synthesized by the method described in Example 1, and the heterostructured core-shell nanomaterial having a size of 15 nm can be synthesized by the following experimental method using the 7 nm nanomaterial synthesized in this manner. have. Core nanomaterial with a size of 7 nm was converted to precursor MCl 2. (M = Mn 2 + , Fe 2 + , Ni 2 + , Co 2 + ) and Fe (acac) 3 and oleic acid and oleylamine were added to a trioctylamine solvent containing 4 mmol of each as a capping molecule. Reaction was carried out at 200 ℃ under argon and at 300 ℃ again. Nanomaterials synthesized using this seed-mediated growth method have a core-shell size of 15 nm. Separation proceeded in the same way as when synthesizing core nanomaterials.

코어-쉘 타입 헤테로 구조 나노 물질은 사용하는 금속 선구물질의 조성에 따라 다양하게 변화할 수 있다. 예를 들어, 15 nm CoFe2O4@Fe3O4, CoFe2O4@MnFe2O4, CoFe2O4@NiFe2O, MnFe2O4@CoFe2O4, MnFe2O4@Fe3O4, Fe3O4@NiFe2O4, MnFe2O4@Zn0.4Mn0.6Fe2O4, MnFe2O4@Zn0.4Fe2.6O4, Zn0.4Mn0.6Fe2O4@CoFe2O4, Zn0 .4Fe2 .6O4@Fe3O4, Fe3O4@Zn0.4Fe2.6O4 등을 효과적으로 합성할 수 있었다. 합성된 나노 물질은 균일한 크기 (편차 < 10 %)의 구형의 형태를 가지고 있으며, 이들의 투과 전자 현미경 사진은 도 6 에 나타나 있 다.The core-shell type heterostructured nanomaterial may vary depending on the composition of the metal precursor used. For example, 15 nm CoFe 2 O 4 @Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 4 @MnFe 2 O 4 , CoFe 2 O 4 @NiFe 2 O, MnFe 2 O 4 @CoFe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 @Fe 3 O 4 , Fe 3 O 4 @NiFe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 @Zn 0.4 Mn 0.6 Fe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 @Zn 0.4 Fe 2.6 O 4 , Zn 0.4 Mn 0.6 Fe 2 O 4 @CoFe 2 O 4 , Zn 0 .4 Fe 2 .6 O 4 @Fe 3 O 4, Fe 3 O 4 @Zn 0.4 Fe 2.6 O 4 It could be effectively synthesized. The synthesized nanomaterials have a spherical shape of uniform size (deviation <10%), and their transmission electron micrographs are shown in FIG. 6.

실시예 4: 스위칭 소자용 금속 산화물 나노 입자의 제조 Example 4 Preparation of Metal Oxide Nanoparticles for Switching Devices

실시예 4의 금속산화물 나노물질은 본 발명자들이 출원한 대한민국 특허 제10-0604975호와 PCT/KR2004/003088 에 기재된 방법에 따라 합성하였다. 0.5 mmole 티탄 테트라클로라이드 (Aldrich, USA)를 0.28 g 올레산, 1.7 g 올레일 아민과 혼합한 후 290 ℃에서 2분 동안 열분해 반응시켜 티탄 산화물 (TiO2) 나노입자를 제조하였다. 0.1 mmole 텅스텐 테트라클로라이드 (Aldrich, USA)를 1.63 g 올레산, 0.54 g 올레일 아민과 혼합한 후 350 ℃에서 1 시간 동안 열분해 반응시켜 텅스텐 산화물(W18O49) 나노입자를 제조하였다. 0.1 mmole 망간 클로라이드를 0.15 g 올레산, 1.94 g 올레일 아민과 혼합한 후 350 ℃에서 1 시간 동안 열분해 반응시켜 망간 산화물(Mn3O4) 나노입자를 제조하였다. 전부다 분리과정은 실시예 1과 동일하게 했으며, 이렇게 분리된 티탄 산화물 (TiO2), 텅스텐 산화물 (W18O49), 망간 산화물 (Mn3O4) 나노입자를 투과 전자 현미경으로 관찰한 결과는 도 7에 나타내었다. The metal oxide nanomaterial of Example 4 was synthesized according to the method described in Korean Patent No. 10-0604975 and PCT / KR2004 / 003088 filed by the present inventors. Titanium oxide (TiO 2 ) nanoparticles were prepared by mixing 0.5 mmole titanium tetrachloride (Aldrich, USA) with 0.28 g oleic acid and 1.7 g oleyl amine, followed by pyrolysis at 290 ° C. for 2 minutes. Tungsten oxide (W 18 O 49 ) nanoparticles were prepared by mixing 0.1 mmole tungsten tetrachloride (Aldrich, USA) with 1.63 g oleic acid and 0.54 g oleyl amine, followed by pyrolysis at 350 ° C. for 1 hour. Manganese oxide (Mn 3 O 4 ) nanoparticles were prepared by mixing 0.1 mmole manganese chloride with 0.15 g oleic acid and 1.94 g oleyl amine, followed by pyrolysis at 350 ° C. for 1 hour. All of the separation process was the same as in Example 1, and the titanium oxide (TiO 2 ), tungsten oxide (W 18 O 49 ), manganese oxide (Mn 3 O 4 ) nanoparticles thus separated were observed by transmission electron microscopy 7 is shown.

실시예 5: 스위칭 소자용 나노 입자의 표면 처리 과정 Example 5 Surface Treatment of Nanoparticles for Switching Devices

실시예 1, 2, 3, 4의 의해서 합성된 스위칭 소자용 나노 입자들은 다음과 같은 방법을 통해서 나노입자의 표면을 처리한다. 테트라메틸암모늄 하이드록사이 드(tetramethylammonium hydroxide = TMAOH)가 녹아있는 1.0 M의 부탄올 (butanol) 용액 속에 합성된 스위칭 소자용 나노입자를 넣은 후 초음파처리(sonication)하여 표면 처리한 후, 헥산 (hexane), 아세톤 (acetone) 그리고 에탄올(ethanol)과 같은 무극성 용매를 차례로 이용하여 세척하였다. 효과적인 표면 처리를 위해서 이 같은 과정을 여러 번 반복하였다. 이러한 방법으로 표면 처리된 나노 입자는 적외선 (Infrared radiation = IR,) 분광법을 통해서 나노 입자의 표면 처리 유무를 확인할 수 있었다. 표면 처리 전에는 나노 입자 주변을 둘러싸고 있는 계면활성제의 긴 알킨체인에 의한 -CH2- 스트레칭 피크가 2900 cm-1에서 강하게 관찰되며 또한 -C=O 스트레칭 피크가 1700 cm-1?1500 cm-1에서 나타나게 된다 (도 8의 붉은 색 피크). 하지만, 표면 처리 후에는 나노 입자 주변을 둘러싸고 있었던 -CH2-, -C=O 스트레칭 피크들의 세기가 줄어든 것을 관찰 할 수 있다 (도 8의 검은 색 피크). 이 같은 결과를 통해서 나노 입자 의 표면 처리가 되었음을 예상할 수 있다.The nanoparticles for the switching device synthesized in Examples 1, 2, 3, and 4 treat the surface of the nanoparticles by the following method. Into a 1.0 M butanol solution in which tetramethylammonium hydroxide (TMAOH) was dissolved, the synthesized nanoparticles for switching devices were put in a sonication and then surface treated, followed by hexane. After washing with acetone (acetone) and nonpolar solvents such as ethanol. This process was repeated several times for effective surface treatment. The nanoparticles surface-treated in this way were able to confirm the surface treatment of the nanoparticles through infrared (Infrared radiation = IR) spectroscopy. Prior to surface treatment, -CH 2 -stretching peaks strongly observed at 2900 cm -1 by long alkyne chains of surfactants surrounding the nanoparticles, and -C = O stretching peaks at 1700 cm -1 -1500 cm -1 (Red peak in FIG. 8). However, after the surface treatment it can be observed that the intensity of the -CH 2- , -C = O stretching peaks surrounding the nanoparticles is reduced (black peak of Figure 8). These results can be expected that the surface treatment of nanoparticles.

표면 처리된 나노 입자의 적외선 분광 데이타는 도 8에 나타나 있다. Infrared spectroscopic data of the surface treated nanoparticles are shown in FIG. 8.

실시예 6: 스위칭 소자용 나노입자를 냉압착하여 펠렛화하고 전류 유도 스위칭 ( current induced switching = CIS ) 효과를 측정하는 과정 및 데이터 분석 Example 6 Cold Compression of Nanoparticles for Switching Devices Pelleted and induced switching current (current induced switching = CIS ) process and data analysis

실시예 1, 2, 3, 4, 5에 의해서 표면 처리된 스위칭 소자용 나노 입자는 다음과 같은 방법을 통해서 나노입자 어셈블리를 형성한다. 구체적으로, 170 Pa의 압 력하에서 150 분 동안 냉압착하여 펠렛화함으로써, 스위칭 소자용 나노입자 어셈블리를 형성시켰다. 그리고, 나노입자 어셈블리의 전류 유도 스위칭 효과를 다음과 같은 과정을 통해서 측정하였다. 2 mm x 8 mm 크기의 금형에 넣고 압력을 가해서 직육면체로 만든 후 펠렛을 조심스레 분리한다. 이렇게 만든 펠렛을 이용하여 4-probe 측정 장비를 통해 전기적 특성을 측정, 검증할 수 있다. 전기적 특성은 인듐 (indium)과 금 (gold) 와이어를 이용하여 4 point contact을 내어 전류를 흘려주고 전압을 측정하는 방식으로 진행한다. 측정하기 전 펠렛화된 나노 입자 어셈블리의 주사 전자 현미경 (Secondary Electron Microscopy) 이미지와 펠렛화된 사진은 도 9에 나타나 있다.Nanoparticles for a switching device surface-treated in Example 1, 2, 3, 4, 5 to form a nanoparticle assembly through the following method. Specifically, by cold pressing for 150 minutes under a pressure of 170 Pa to form a nanoparticle assembly for a switching device. In addition, the current-induced switching effect of the nanoparticle assembly was measured through the following process. Place in a 2 mm x 8 mm mold and pressurize to form a cuboid and carefully remove the pellets. The resulting pellets can be used to measure and verify electrical characteristics with a 4-probe measuring instrument. The electrical characteristics are made by using indium and gold wires to make a 4 point contact, flowing current and measuring voltage. Secondary Electron Microscopy images and pelletized photographs of pelletized nanoparticle assemblies prior to measurement are shown in FIG. 9.

실시예 7: 표면 처리되지 않은 나노 입자의 전류 유도 스위칭 효과를 관찰한 결과 Example 7 Observation of Current Induced Switching Effects of Untreated Surface Nanoparticles

실시예 6을 이용하여 표면 처리 되지 않은 Fe3O4 나노 입자 어셈블리의 전류 유도 스위칭 효과를 다양한 온도에서 측정하였다. 전 온도 영역에서 스위칭 현상을 관찰할 수 없었고, 금속 물질에서 나타나는 단순한 터널링 현상만을 볼 수 있었다. 도 10은 전 온도 영역에서 관찰한 결과 중 상온에서 측정한 결과로 15 nm, 12 nm Fe3O4 나노 입자 어셈블리의 전류 유도 스위칭 현상이 일어나지 않음을 보여주고 있다. Using Example 6, the current induced switching effect of the untreated Fe 3 O 4 nanoparticle assembly was measured at various temperatures. The switching phenomenon could not be observed in the whole temperature range, only the simple tunneling phenomenon in the metal material. 10 shows that the current-induced switching of the 15 nm, 12 nm Fe 3 O 4 nanoparticle assembly does not occur as a result of measuring at room temperature of the results observed in the entire temperature range.

실시예 8: 표면 처리된 다양한 스위칭 소자용 나노 입자를 이용하여 전류 유도 스위칭 효과를 관찰한 결과 Example 8 Observation of Current Induced Switching Effect Using Nanoparticles for Various Switching Devices Surface-treated

실시예 5를 이용하여 표면 처리된 7 nm Fe3O4 나노 입자 어셈블리의 전류 유도 스위칭 효과를 실시예 6을 통해서 측정하였다. 도 12를 보면 7 nm Fe3O4의 경우 상온에서 거대 저항 (ROFF/RON 20, ROFF 4 × 108 Ω, RON 2 × 107 Ω) 스위칭 현상이 관찰되었고, 그때의 전류값 (I)은 16 × 10-9 A 였다. 스위칭 현상이 일어난 후 다시 전류가 최대값에서(Imax) 감소하게 되면 (도 11의 숫자 3번) 터널링 현상만이 관측된다. 그리고 4, 5번 단계에서는 다시 동일한 스위칭 현상이 관측된다. 그리고 낮은 저항 (RON)에서 높은 저항 (ROFF) 상태로 일어나는 스위칭 현상은 가역적으로 관측되고 있으며, 특히 상온에서 나노 입자 어셈블리를 이용하여 거대 저항 스위칭 현상을 관측한 예는 지금까지 이것이 처음이다. The current induced switching effect of the surface treated 7 nm Fe 3 O 4 nanoparticle assembly using Example 5 was measured through Example 6. 12, in the case of 7 nm Fe 3 O 4 , a large resistance (R OFF / R ON 20, R OFF 4 × 10 8 Ω, R ON 2 × 10 7 Ω) switching phenomenon was observed at room temperature. (I) was 16 × 10 -9 A. When the current decreases again from the maximum value (I max ) after the switching phenomenon (number 3 in FIG. 11), only the tunneling phenomenon is observed. The same switching phenomenon is observed again in steps 4 and 5. And the switching phenomenon that occurs from the low resistance (R ON ) to the high resistance (R OFF ) state has been reversibly observed, and this is the first time that a large resistance switching phenomenon has been observed using nanoparticle assembly at room temperature.

더군다나 이 같은 새로운 스위칭 현상은 나노 입자 사이즈에 따라서 다르게 나타난다. 도 12의 경우 12 nm Fe3O4 나노 입자 어셈블리의 전류 유도 스위칭 현상을 보여주고 있다. 12 nm 의 경우 7 nm Fe3O4 나노 입자와 다르게 상온에서 스위칭 현상이 관측되지 않고 단순한 터널링 현상만 관찰되고 있다. 하지만, 측정 온도를 상온에서 저온으로 (210 K 정도) 낮춰주면 7 nm Fe3O4 물질과 동일한 스위칭 현상을 보여준다. 그리고, 9 nm, 15 nm Fe3O4 나노 입자 어셈블리의 경우도 비슷한 스위칭 효과를 보여주고 있으며 (도 13), 9 nm Fe3O4 나노 입자 어셈블리의 경우 상온에서, 15 nm Fe3O4 나노 입자 어셈블리의 경우 200 K에서 각각 스위칭 효과를 보여주었다. 결론적으로, 사이즈가 다른 Fe3O4 나노 입자를 이용해서 만들어진 어셈블리들의 온도에 따른 저항값을 측정해 본 결과 Fe3O4 나노 입자 사이즈가 작을수록 나노 입자 어셈블리의 저항값이 증가되는 것을 관측할 수 있었다 (도 14). 이 같은 이유는 나노 입자 사이즈가 작아질수록 나노 입자의 표면적 비가 증가하는 “나노-사이즈 효과” 때문으로 생각된다 (7 nm Fe3O4 나노 입자의 경우 저항 값이 너무 커서 측정이 불가능하다). 다시 말해서, 나노 입자 어셈블리를 구성하는 나노 입자의 크기를 조절하게 되면 스위칭 현상이 일어나는 온도와 크기를 조절 할 수 있게 되는 것이다.Moreover, these new switching phenomena vary depending on the nanoparticle size. 12 shows a current induced switching phenomenon of the 12 nm Fe 3 O 4 nanoparticle assembly. In the case of 12 nm, unlike 7 nm Fe 3 O 4 nanoparticles, the switching phenomenon is not observed at room temperature, only a simple tunneling phenomenon is observed. However, lowering the measured temperature from room temperature to low temperature (about 210 K) shows the same switching phenomenon as the 7 nm Fe 3 O 4 material. In addition, the 9 nm and 15 nm Fe 3 O 4 nanoparticle assemblies show similar switching effects (FIG. 13), and the 9 nm Fe 3 O 4 nanoparticle assemblies show 15 nm Fe 3 O 4 nanoparticles at room temperature. The particle assembly showed a switching effect at 200 K each. Consequently, the size is also observed that another Fe 3 O 4 The smaller the resulting Fe 3 O 4 nano-particle size by measuring a resistance value corresponding to the temperature of the assembly made using the nanoparticles, the resistance value of the nanoparticle assembly increases Could (Figure 14). This is believed to be due to the “nano-size effect” where the surface area ratio of nanoparticles increases as the nanoparticle size decreases (resistance values too large for 7 nm Fe 3 O 4 nanoparticles cannot be measured). In other words, by controlling the size of the nanoparticles constituting the nanoparticle assembly, it is possible to control the temperature and the size at which the switching phenomenon occurs.

실시예 9: 다른 조성을 가지는 MFe 2 O 4 (M = Mn 2 + , Co 2 + , Ni 2 + )와 헤테로 구조 (코어-쉘)의 나노입자 어셈블리를 이용하여 전류 유도 스위칭 효과를 관찰한 결과 Example 9 a different composition having MFe 2 O 4 (M = Mn 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) and the hetero structure (core-shell), a result of observing the current induced switching effects using the nanoparticle assembly of

실시예 5를 이용하여 표면 처리된 다른 조성을 가지는 MFe2O4 (M = Mn2 +, Co2 +, Ni2 +) 나노 입자 어셈블리의 전류 유도 스위칭 효과를 실시예 6을 통해서 측정하였다. 그 결과 12 nm MnFe2O4, 7 nm CoFe2O4, 그리고 7 nm NiFe2O4 나노 입자 어셈블리의 경우 각각 220 K, 265 K, 그리고 270 K에서 스위칭 효과를 나타내고 있다 (도 15). 그리고 헤테로 구조를 가지는 12 nm CoFe2O4@Fe3O4, 12 nm CoFe2O4@MnFe2O4, 그리고 12 nm CoFe2O4@NiFe2O4의 코어-쉘 구조 나노 입자 어셈블리의 경우 가각 240 K, 235 K, 그리고 175 K에서 스위칭 효과를 보여두고 있다(도 16). 이같은 결과를 통해서 알 수 있는 것은 Fe3O4 나노 입자 어셈블리에서만 스위칭 현상이 관찰되는 것이 아니라 다른 조성이나 헤테로 구조를 가진 나노 입자 시스템에도 동일한 스위칭 현상이 일어날 수 있음을 보여주는 것으로 나노 입자 어셈블리를 구성하는 나노 입자의 성분을 조절하게 되면 스위칭 현상이 일어나는 온도와 크기를 손쉽게 조절할 수 있음을 보여주는 결과이다.Subjected to Example 5 using a surface treatment having a composition different from MFe 2 O 4 (M = Mn 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) current induced switching effect of the nanoparticle assembly was measured by the sixth embodiment. The 12 nm MnFe 2 O 4 , 7 nm CoFe 2 O 4 , and 7 nm NiFe 2 O 4 nanoparticle assemblies showed switching effects at 220 K, 265 K, and 270 K, respectively (FIG. 15). And core-shell structured nanoparticle assemblies of 12 nm CoFe 2 O 4 @Fe 3 O 4 , 12 nm CoFe 2 O 4 @MnFe 2 O 4 , and 12 nm CoFe 2 O 4 @NiFe 2 O 4 with heterostructures. The switching effects are shown at 240 K, 235 K, and 175 K, respectively (Figure 16). These results indicate that the switching phenomenon is not only observed in the Fe 3 O 4 nanoparticle assembly, but also that the same switching phenomenon may occur in nanoparticle systems having different compositions or heterostructures. By adjusting the composition of the nanoparticles, it is easy to control the temperature and size at which switching occurs.

실시예 10: 외부 자기장하에서의 표면 처리된 스위칭 소자용 나노 입자를 이용하여 전류 유도 스위칭 효과를 관찰한 결과 Example 10: The result of observing the current-induced switching effect using the nanoparticles for the surface-treated switching element under an external magnetic field

외부 자기장 (7 kG)하에서 실시예 5를 이용하여 표면 처리된 7 nm Fe3O4 나노 입자 어셈블리의 전류 유도 스위칭 효과를 실시예 6을 통해서 측정하였고, 이것을 외부 자기장이 없는 곳에서 측정한 결과와 비교해보았다. 도 17를 보면 알 수 있듯이 외부 자기장이 있는 곳에서 측정한 경우 형성되는 저항의 크기가 작은 부분에서는 외부 자기장이 없는 곳에서 측정한 경우와 동일하게 나타나지만, 저항이 큰 전도 곡선 부분에서는 외부 자기장의 영향이 확연하게 드러나는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 외부 자기장이 존재할 경우는 저항이 다소 감소하였음을 그래프의 기울기가 작아진 것을 통해서 알 수 있었다. 즉, 나노 입자 어셈블리에 외부 자기장의 크기나 방향을 조절할 경우 일어나는 저항의 크기뿐 만 아니라, 스위칭 현상이 일어나는 부분 역시 손쉽게 조절될 수 있음을 알 수 있다.The current induced switching effect of the 7 nm Fe 3 O 4 nanoparticle assembly surface-treated using Example 5 under an external magnetic field (7 kG) was measured in Example 6, which was measured in the absence of an external magnetic field. Compared. As can be seen from FIG. 17, the small amount of resistance formed when measured in the presence of an external magnetic field appears the same as when measured in the absence of an external magnetic field, but the influence of the external magnetic field in a conductive curve having a large resistance You can observe this obvious manifestation. In addition, it can be seen that the slope of the graph decreases that the resistance decreases in the presence of an external magnetic field. In other words, it can be seen that not only the magnitude of the resistance that occurs when the size or direction of the external magnetic field is adjusted in the nanoparticle assembly, but also the portion where the switching phenomenon occurs can be easily adjusted.

추가적인 논의Further discussion

나노입자 어셈블리에 대해서 관측된 V-I 히스테리시스에 대한 설득력있는 설명은 멤리스터에 대한 확장 모델에 기초를 둔다. 상기 모델에서, 나노입자 어셈블리는 Fe3O4의 1-차원 반복 나노입자 어레이로 단순히 나타내어지는데, 이는 이동 계면(moving boundary)에 의해 분리된 전하 캐리어 영역을 도핑하였거나 도핑하지 않은 것이다. 이러한 시스템은 전도 및 절연부의 거의 무한한 교차 반복을 가지기 때문에, 시간-의존성 전기용량 C(t) 뿐만 아니라 시간-의존성 저항이 본 모델에서 고려된다. 본 시스템의 다른 특징은 나노입자 격자(lattice)에 다른 이동성을 가지는 두 개의 전하 캐리어, 즉 Fe3 + and Fe2 +이온으로 이루어져 있다는 것이다. 이는 각 캐리어의 다른 분포를 나타내고 그리하여 나노입자 경계면에 대한 부가적인 시간-의존성 전기 용량 ΔC(t)를 나타내게 된다. 한편, 문헌 [Strukov, D. B., Snider, G. S., Stewart, D. R., Williams, R. S. Nature 2008, 453, 80.2]에서 제시된 초기 멤리스터 모델은 절연체(insulator)에 드리프팅(drifting)된 전하 캐리어의 단일 타입으로 구성되었고, 시간 의존성 저항만을 고려하는 것이 요구된다.The convincing explanation for the observed VI hysteresis for nanoparticle assembly is based on an extended model for memristors. In this model, the nanoparticle assembly is simply represented by a one-dimensional repeating nanoparticle array of Fe 3 O 4 , which is either doped or undoped charge carrier regions separated by a moving boundary. Since such systems have almost infinite cross repetition of conduction and insulation, time-dependent capacitance C ( t ) as well as time-dependent resistance are considered in this model. Another feature of the system is that it consists of two charge carriers, Fe 3 + and Fe 2 + ions, which have different mobility in the nanoparticle lattice. This represents a different distribution of each carrier and thus an additional time-dependent capacitance ΔC ( t ) for the nanoparticle interface. On the other hand, Strukov, DB, Snider, GS, Stewart, DR, Williams, RS Nature The initial memristor model presented in 2008 , 453 , 80.2] consisted of a single type of charge carrier drifted to an insulator, and only the time dependent resistance was considered.

교류의 적용에 대응하여 상기 모델 나노입자 시스템에 대한 w의 시간-의존성 변화 및 전압의 연관된 변화는 다음의 수학적 처리를 이용하여 시뮬레이션될 수 있 다. 본 모델에서, 시간-의존성 상태 가변성 w 는 입계(grain boundary) 영역의 전 길이인 0 및 L 사이에 경계 지어진, 상기 도핑된 영역의 길이이다. 전압 강하 v(t)는 다음 수학식 1로 주어진다:Corresponding to the application of alternating current, the time-dependent change in w and the associated change in voltage for the model nanoparticle system can be simulated using the following mathematical process. In this model, the time-dependent state variability w is the length of the doped region, bounded between 0 and L , the full length of the grain boundary region. The voltage drop v ( t ) is given by:

Figure 112009073385133-pat00001
(1)
Figure 112009073385133-pat00001
(One)

여기에서 i 는 전류 그리고 q는 전하이다. R(w,t) 및 C(w,t)은 각각 저항 및 전기 용량이고, 이들은 다음 수학식 2-4의 관계식으로 주어진다:Where i is the current and q is the charge. R ( w, t ) and C ( w, t ) are the resistance and the capacitance, respectively, and they are given by the relation of Equation 2-4:

Figure 112009073385133-pat00002
(2)
Figure 112009073385133-pat00002
(2)

Figure 112009073385133-pat00003
(3)
Figure 112009073385133-pat00003
(3)

Figure 112009073385133-pat00004
(4)
Figure 112009073385133-pat00004
(4)

여기에서 Ron (ROFF)은 도핑된(도핑되지 않은) 영역의 저항이고, C ON w = 0에서의 전기 용량이며, μ는 평균 캐리어 이동성이고, 그리고 ΔC(t) 는 두 개의 캐리어의 다른 이동성에 의해 야기된 부가적인 전기 용량이고 도핑되지 않은 영역 주위의 불균형 전하 축적 Δq (= + + 2 3 Fe Fe Q Q )에 비레한다. Δq 는 물질 및 기하 의존적인, 무차원 비레 계수 χ를 가지는 총 전하 q 에 비례하는 것으로 가정된다. 전류 방향이 바뀌기 때문에, Δq의 상은 π에 의해 이동되는데 이는 전 하 축적의 신호가 전류 방향에도 또한 의존적이기 때문이다. 상기 수학식 1-4에 기초하여, 전압 강하는 다음 수학식 5를 이용하여 주어질 수 있다.Where R on (R OFF ) is the resistance of the doped (undoped) region, C ON is the capacitance at w = 0, μ is the average carrier mobility, and ΔC ( t ) is the Unbalanced charge accumulation Δq (= + + 2 3 Fe with additional capacitance caused by different mobility and around the undoped region Fe QQ ). Δq is assumed to be proportional to the total charge q with material and geometry dependent, dimensionless ratio ratio χ. Since the current direction changes, the phase of Δq is shifted by π because the signal of charge accumulation is also dependent on the current direction. Based on Equations 1-4, the voltage drop may be given using Equation 5 below.

Figure 112009073385133-pat00005
(5)
Figure 112009073385133-pat00005
(5)

도 18a 및 18b는 교류를 적용한 경우, 수학식 5를 이용하여 시뮬레이션의해 얻어진, w 의 시간-의존성 변화 및 전압의 연관 변화를 보여준다. V-I 히스테리시스 모델링 및 실험적 관측(도 11)사이의 일관성은 명확히 보여진다. 상기 모델은 이러한 특이한 히스테리시스가 w의 급격한 변화로부터 유래하였음을 보여준다(도 18a 및 18b). i(t) = 0 및 w(t) = L인 경우, 나노입자 어셈블리는 저 저항 상태에 있다. 전류가 점점 더 커지기 때문에, 임계값에 도달할 때 까지 더 많은 변화가 축적된다. 이러한 지점에서, 전하 축적을 릴렉스하기 위해서 경계는 w = 0으로 급격히 뒤로 이동하고 그 다음 저항은 높아진다. 바이어스 극에서 실험적으로 관측된 히스테리시스의 키랄리티가 시계 반대 방향이고(도 18c), 단지 시계-의존성 저항 변화를 가지는 이전에 연구된 멤리스터에서 키랄리티는 상기 바이어스 극성에 의존한다는 것이 보고될 것이다. 두 개의 시스템사이의 히스테리시스의 키랄리티에서의 차이점은 상기 수학식 5에서 전기용량 부분이 적절히 고려될 때에만 설명되어 질 수 있다.18A and 18B show the time-dependent change of w and the associated change of voltage obtained by simulation using Equation 5 when alternating current is applied. The consistency between VI hysteresis modeling and experimental observation (FIG. 11) is clearly shown. The model shows that this unusual hysteresis originates from a sharp change in w (FIGS. 18A and 18B). When i ( t ) = 0 and w ( t ) = L , the nanoparticle assembly is in a low resistance state. As the current grows larger, more changes accumulate until the threshold is reached. At this point, the boundary moves sharply back to w = 0 to relax charge accumulation and then the resistance becomes high. It is reported that the chirality of the hysteresis observed experimentally at the bias pole is counterclockwise (FIG. 18C), and in previously studied memristors with only clock-dependent resistance changes, the chirality depends on the bias polarity. will be. The difference in the chirality of hysteresis between the two systems can only be explained when the capacitive portion in Equation 5 is properly considered.

상술한 나노입자 시스템은 초기 나노입자 표면을 제조하는데 요구되는 균일도(monodispersity)의 크기 및 온화한 조건의 관점에서 특이하다. 리간드 제거를 고온 열적 처리 과정을 이용하여 실시한 자철광 나노입자에 대한 종래 연구에서, 본 발명자들의 관측 결과와 달리, 터널링 거동만이 보여지거나 저항성 스위칭이 120 K이하의 매우 저온에서만 나타남을 발견하였다. 후자의 경우에, 버웨이 전이(verwey transition)의 상황에서 스위칭은 벌크 효과로서 설명되나, 이는 히스테리시스가 TV 보다 훨씬 더 높은 온도(예, RT)에서 관측되기 때문에 본 발명의 경우는 아니다.The nanoparticle systems described above are unique in terms of the size of the monodispersity and mild conditions required to fabricate the initial nanoparticle surface. In a previous study of magnetite nanoparticles in which ligand removal was carried out using a high temperature thermal treatment process, it was found that, unlike our observations, only tunneling behavior was seen or resistive switching appeared only at very low temperatures below 120K. In the latter case, switching in the context of a verwey transition is described as a bulk effect, but hysteresis is T V This is not the case for the present invention because it is observed at much higher temperatures (eg RT).

나노입자 어셈블리에 기초한 멤리스터의 개발에 대한 상술한 접근은 혁신적이다. 저항성 스위칭 효과에서 관측된 멤리스터 효과는 저항 및 전기용량으로 이루어진 모델을 이용함으로써 잘 설명된다.The above approach to the development of memristors based on nanoparticle assemblies is innovative. The memristor effect observed in the resistive switching effect is well explained by using a model of resistance and capacitance.

나노입자 어셈블리의 스위칭 효과에 관한 상술한 관측결과는 다양한 전기 소자의 새로운 응용을 고안하는데 프레임워크로 제공된다. 크기, 조성, 차원, 표면적, 및 화학포텐셜과 같은 이들의 나노스케일 특성을 조절함으로써 나노입자의 전기적 효과을 조절하여 나노입자 어셈블리에 기초한 멤리스터의 높은 가능성에 대한 예측은 다능성에 의해 지지된다. 나노입자는 멤리스터 효과를 확인하고 새로운 소자를 제조하는데 중요한 물질로 제공될 것임이 명확하다.The above observations regarding the switching effects of nanoparticle assemblies provide a framework for devising new applications for various electrical devices. The prediction of the high probability of memristors based on nanoparticle assembly is supported by pluripotency by controlling the nanoparticles' electrical effects by controlling their nanoscale properties such as size, composition, dimension, surface area, and chemical potential. It is clear that nanoparticles will serve as an important material for confirming memristor effects and for fabricating new devices.

도 1 은 나노 입자 어셈블리의 전류 유도 스위칭 현상을 관찰하기 위한 four probe 측정 장비의 개략적인 모습. 1 is a schematic view of four probe measurement equipment for observing the current-induced switching phenomenon of the nanoparticle assembly.

도 2 는 본 발명의 스위칭 소자의 제조를 위한 공정도. 2 is a process chart for the production of the switching device of the present invention.

도 3 은 열분해법을 이용해서 합성된 크기와 조성이 다른 스위칭 소자용 나노 입자의 투과 전자 현미경 이미지들. a-d) 7 nm, 9 nm, 12 nm, 15 nm MnFe2O4 나노 입자, e-h) 7 nm, 9 nm, 12 nm, 15 nm Fe3O4 나노 입자, i-l) 7 nm, 9 nm, 12 nm, 15 nm CoFe2O4 나노 입자, m-p) 7 nm, 9 nm, 12 nm, 15 nm NiFe2O4 나노입자의 투과 전자 현미경 이미지들. 3 is transmission electron microscope images of nanoparticles for switching devices of different sizes and compositions synthesized using pyrolysis. ad) 7 nm, 9 nm, 12 nm, 15 nm MnFe 2 O 4 nanoparticles, eh) 7 nm, 9 nm, 12 nm, 15 nm Fe 3 O 4 nanoparticles, il) 7 nm, 9 nm, 12 nm , 15 nm CoFe 2 O 4 nanoparticles, mp) Transmission electron microscopy images of 7 nm, 9 nm, 12 nm, 15 nm NiFe 2 O 4 nanoparticles.

도 4 는 Fe3O4 나노 입자의 투과 전자 현미경 이미지와 X선 회절 분석 결과. a) 12 nm인 Fe3O4 나노입자의 고해상도 투과 전자 현미경 이미지와 b) X-선 회절 분석 결과. 고해상도 투과 전자 현미경 이미지로부터 Fe3O4 나노 입자가 단결정 (single crystallinity)이라는 사실을 알 수 있다. 그리고 X-선 회절 분석법을 통해서 Fe3O4 나노 입자 (검은색)는 벌크 Fe3O4 물질(붉은색)과 일치하는 X-선 패턴을 보여 주고 있다. 4 is a transmission electron microscope image and X-ray diffraction analysis of Fe 3 O 4 nanoparticles. a) High resolution transmission electron microscopy images of 12 nm Fe 3 O 4 nanoparticles and b) X-ray diffraction analysis. High resolution transmission electron microscopy images show that the Fe 3 O 4 nanoparticles are single crystallinity. X-ray diffraction analysis showed that the Fe 3 O 4 nanoparticles (black) showed an X-ray pattern consistent with the bulk Fe 3 O 4 material (red).

도 5 는 합성된 스위칭 소자용 나노 입자 중에서 아연을 첨가하여 합성한 ZnxM1-xFe2O4 (M = Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+) 나노 입자의 투과 전자 현미경 이미지들. a) 망간 페라이트 물질에 아연을 첨가해서 만든 ZnxMn1-xFe2O4 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)나노 입자, b) 산화철 물질에 아연을 첨가해서 만든 ZnxFe2-xO4 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)나노 입자, c) 코발트 페라이트 물질에 아연을 30% 첨가해서 만든 Zn0.3Co0.7Fe2O4 나노 입자, d) 니켈 페라이트 물질에 아연을 30% 첨가해서 만든 Zn0.3Ni0.7Fe2O4 나노 입자의 투과 전자 현미경 이미지들. 5 is permeation of Zn x M 1-x Fe 2 O 4 (M = Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ ) nanoparticles synthesized by adding zinc among the nanoparticles for switching devices synthesized. Electron microscope images. a) Zn x Mn 1-x Fe 2 O 4 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8) nanoparticles made by adding zinc to manganese ferrite material, b) Zn made by adding zinc to iron oxide material x Fe 2-x O 4 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8) nanoparticles, c) Zn 0.3 Co 0.7 Fe 2 O 4 nanoparticles made by adding 30% zinc to cobalt ferrite material, d ) Transmission electron microscopy images of Zn 0.3 Ni 0.7 Fe 2 O 4 nanoparticles prepared by adding 30% zinc to nickel ferrite material.

도 6 은 합성된 스위칭 소자용 나노 입자 중에서 헤테로 구조(코어-쉘)를 가진 나노 입자의 투과 전자 현미경 이미지들. a) CoFe2O4@Fe3O4, b) CoFe2O4@NiFe2O4, c) CoFe2O4@MnFe2O4, d) CoFe2O4@Zn0.4Mn0.6Fe2O4, e) CoFe2O4@Zn0.4Fe2.6O4, f) MnFe2O4@CoFe2O4, g) MnFe2O4@Fe3O4, h) Fe3O4@NiFe2O4, i) MnFe2O4@Zn0.4Mn0.6Fe2O4, j) MnFe2O4@Zn0.4Fe2.6O4, k) Zn0.4Mn0.6Fe2O4@CoFe2O4, l) Zn0.4Fe2.6O4@Fe3O4, m) Fe3O4@Zn0.4Fe2.6O4 나노 입자의 투과전자 현미경 이미지들. FIG. 6 is transmission electron microscope images of nanoparticles having a heterostructure (core-shell) in the synthesized nanoparticles for switching devices . FIG . a) CoFe 2 O 4 @Fe 3 O 4 , b) CoFe 2 O 4 @NiFe 2 O 4 , c) CoFe 2 O 4 @MnFe 2 O 4, d) CoFe 2 O 4 @Zn 0.4 Mn 0.6 Fe 2 O 4 , e) CoFe 2 O 4 @Zn 0.4 Fe 2.6 O 4 , f) MnFe 2 O 4 @CoFe 2 O 4, g) MnFe 2 O 4 @Fe 3 O 4, h) Fe 3 O 4 @NiFe 2 O 4, i) MnFe 2 O 4 @Zn 0.4 Mn 0.6 Fe 2 O 4, j) MnFe 2 O 4 @Zn 0.4 Fe 2.6 O 4, k) Zn 0.4 Mn 0.6 Fe 2 O 4 @CoFe 2 O 4, l) Zn 0.4 Fe 2.6 O 4 @Fe 3 O 4, m) Transmission electron microscopy images of Fe 3 O 4 @Zn 0.4 Fe 2.6 O 4 nanoparticles.

도 7 은 합성된 스위칭 소자용 나노 입자 중에서 일차원 구조를 가진 나노 입자의 투과 전자 현미경 이미지들. a) TiO2, b) W18O49, c) Mn3O4 나노 입자의 투과 전자 현미경 이미지들. FIG. 7 is transmission electron microscope images of nanoparticles having a one-dimensional structure among the synthesized nanoparticles for switching devices . FIG . transmission electron microscopy images of a) TiO 2 , b) W 18 O 49 , c) Mn 3 O 4 nanoparticles.

도 8 은 본 발명의 스위칭 소자에 사용되는 나노 입자의 주변의 표면 처리 유무를 나타내는 적외선 분광법 데이타. 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 용액을 처리한 후 (붉은색 = 표면 처리 전, 검은색 = 표면 처리 후) 계면활성제를 구성하 는 킨 알킬체인에서 나타나는 -CH2- stretching (2900cm-1)과 -C=O stretching (1700cm-1?1500cm-1) 모드를 나타내는 피크들의 세기가 상대적으로 약해진 것으로 보아서 나노 입자 주변의 표면 처리가 효과적으로 되었음을 알 수 있음. 8 is an infrared spectroscopy data showing the presence or absence of surface treatment around the nanoparticles used in the switching device of the present invention. After treatment with tetramethylammonium hydroxide solution (red = before surface treatment, black = after surface treatment), -CH 2 -stretching (2900 cm -1 ) and -C in the kin alkyl chain constituting the surfactant = O stretching (1700cm -1? 1500cm -1) the intensity of the peak indicating the mode to be relatively weak when viewed in that the surface treatment of the nanoparticles can be seen that around effectively.

도 9 는 압착에 의해 형성된 7 nm 크기의 Fe3O4 나노입자 어셈블리 펠릿의 주사전자현미경 이미지 (a) 및 사진 (b). 9 is a scanning electron microscope image (a) and photograph (b) of a 7 nm size Fe 3 O 4 nanoparticle assembly pellet formed by compression.

도 10 은 표면 처리를 하지 않은 Fe3O4 나노입자 어셈블리의 전류 유도 스위칭(CIS) 현상 분석 결과. 표면 처리되지 않은 15 nm 또는 12 nm 크기의 Fe3O4 나노입자를 포함하는 나노입자 어셈블리는 전류 유도 히스테릭(스위칭) 효과를 보이지 않음. 10 is a result of the current induced switching (CIS) phenomenon analysis of Fe 3 O 4 nanoparticle assembly without surface treatment. Nanoparticle assemblies containing Fe 3 O 4 nanoparticles of unsurfaced 15 nm or 12 nm size do not show current induced hysteretic (switching) effects.

도 11 은 본 발명의 스위칭 소자에 사용되는 크기가 7 nm인 Fe3O4 나노입자 어셈블리가 RT(295 K)에서 측정된 V-I 특성(CIS 효과). (ROFF/RON 20)을 가지는 저 (RON)에서 고 (ROFF) 저항 까지의 전이는 양의 전류(0A→+20 × 10-9 A), No. 1-2, 6, 그리고 음의 전류(+20 × 10-9 A→-20 × 10-9 A), No. 3-5 으로 dc 전류-바이어스 스위핑을 적용함으로써 발생함. FIG. 11 is a VI characteristic (CIS effect) measured at RT (295 K) of a Fe 3 O 4 nanoparticle assembly having a size of 7 nm used in the switching device of the present invention. FIG. The transition from low (R ON ) to high (R OFF ) resistance with (R OFF / R ON 20) is positive current (0A → + 20 × 10 -9 A), no. 1-2, 6, and negative current (+20 × 10 -9 A → -20 × 10 -9 A), No. Generated by applying dc current-biased sweeping to 3-5.

도 12 는 본 발명의 스위칭 소자에 사용되는 크기가 12 nm인 Fe3O4 나노입자 어셈블리에 대해 측정된 V-I 특성(CIS 효과). D=12 nm의 나노입자 어셈블리 펠릿의 전류 유도 히스테릭 효과는 보다 저온에서만 나타났다. 210 K에서, D=12 nm 어셈블리의 스위칭 전이는 ±7 × 10-9 A의 전류에서 나타났다. 한편, RT(295 K)에서 상기 물질은 전형적인 터널링 컨덕턴스 효과를 보여줌. FIG. 12 shows VI characteristics (CIS effect) measured for Fe 3 O 4 nanoparticle assemblies having a size of 12 nm used in the switching device of the present invention. FIG. The current induced hysteretic effect of the nanoparticle assembly pellets with D = 12 nm was seen only at lower temperatures. At 210 K, the switching transition of the D = 12 nm assembly was seen at a current of ± 7 × 10 −9 A. On the other hand, at RT (295 K) the material shows a typical tunneling conductance effect.

도 13 은 본 발명의 스위칭 소자에 사용되는 크기가 각각 9 nm 및 15 nm인 Fe3O4 나노입자 어셈블리의 V-I 특성(CIS 효과)을 보여줌. 9nm Fe3O4 나노입자를 가지는 나노입자 어셈블리는 상온에서의 스위칭 효과 그리고 200 K에서 15 nm Fe3O4 나노입자를 가지는 나노입자 어셈블리를 나타냄. FIG. 13 shows VI characteristics (CIS effect) of Fe 3 O 4 nanoparticle assemblies having sizes of 9 nm and 15 nm, respectively, used in the switching device of the present invention . FIG . The nanoparticle assembly with 9 nm Fe 3 O 4 nanoparticles shows a switching effect at room temperature and a nanoparticle assembly with 15 nm Fe 3 O 4 nanoparticles at 200 K.

도 14 는 D = 15, 12, 및 9 nm의 Fe3O4 나노입자 어셈블리의 온도-의존성 저항을 나타냄. T가 감소함에 따라 ρ 는 증가하였고 log ρ 는 대략

Figure 112009073385133-pat00006
에 비례하였다. 상기 결과에 따라, ρ > 50 MΩ*cm인 음영 영역에서 저항 스위칭이 나타났다. 측정 한계 때문에(Keithley 2182 nanovoltmeter), D= 7 nm Fe3O4 나노입자 어셈블리의 저항을 얻을 수 없었음. 보다 작은 입자의 증가된 저항은 증가된 표면 대 부피의 비와 연관된 “나노-사이즈” 효과에 의해 일어난 것임. 14 shows temperature-dependent resistance of Fe 3 O 4 nanoparticle assemblies at D = 15, 12, and 9 nm. As T decreased, ρ increased and log ρ approximately
Figure 112009073385133-pat00006
Proportional to As a result, resistance switching was observed in the shaded region with ρ> 50 MΩ * cm. Due to the measurement limits (Keithley 2182 nanovoltmeter), the resistance of the D = 7 nm Fe 3 O 4 nanoparticle assembly could not be obtained. The increased resistance of smaller particles is due to the “nano-size” effect associated with the increased surface to volume ratio.

도 15 는 12 nm인 MnFe2O4, 7 nm CoFe2O4, 및 7 nm NiFe2O4 나노입자 어셈블리에 대한 V-I 특성(CIS 효과)을 나타냄. 12 nm인 MnFe2O4, 7 nm CoFe2O4, 및 7 nm NiFe2O4를 포함하는 나노입자 어셈블리는 각각 220 K, 265 K 및 270 K에서 전류 유도 스위칭 효과를 보여줌. FIG. 15 shows VI characteristics (CIS effect) for 12 nm MnFe 2 O 4 , 7 nm CoFe 2 O 4 , and 7 nm NiFe 2 O 4 nanoparticle assemblies. Nanoparticle assemblies containing 12 nm MnFe 2 O 4 , 7 nm CoFe 2 O 4 , and 7 nm NiFe 2 O 4 show current induced switching effects at 220 K, 265 K and 270 K, respectively.

도 16 은 본 발명에 사용된 스위칭 소자용 나노 입자 중에서 헤테로 (코어-쉘) 구조를 가진 나노 입자 어셈블리의 V-I 특성(CIS 효과)을 나타냄. 헤테로(코어-쉘) 구조를 가지는 12 nm CoFe2O4@Fe3O4, 12 nm CoFe2O4@MnFe2O4 및 12 nm CoFe2O4@NiFe2O4를 각각 240 K, 235 K 및 175 K에서 전류 유도 스위칭 효과를 보여주기 위해서 분석함. Figure 16 shows the VI characteristics (CIS effect) of the nanoparticle assembly having a hetero (core-shell) structure among the nanoparticles for switching devices used in the present invention. 12 nm CoFe 2 O 4 @Fe 3 O 4 , 12 nm CoFe 2 O 4 @MnFe 2 O 4 and 12 nm CoFe 2 O 4 @NiFe 2 O 4 with hetero (core-shell) structure Analyzed to show the effect of current induced switching at K and 175 K.

도 17 은 외부 자기장(7 kG)을 가하면서 Fe3O4 나노입자 어셈블리에 대해 측정한 V-I 특성(CIS 효과)을 나타냄. 이는 외부 자기장의 세기 및 방향의 조절은 스위칭 효과가 일어나는 저항 및 전류를 조절할 수 있는 이러한 결과의 기초로서 평가될 수 있음. FIG. 17 shows VI characteristics (CIS effect) measured for Fe 3 O 4 nanoparticle assembly with an external magnetic field (7 kG). This can be assessed as the basis of these results that the adjustment of the strength and direction of the external magnetic field can control the resistance and current at which the switching effect occurs.

도 18은 시간-의존적 저항(R) 및 전기용량(C)을 가지는 멤리스트적(memristive)인 장치의 시뮬레이션을 보여준다. (a) 시간 함수로서의 w(doped region) / L(grain boundary). (b) 시간 함수로서의 전류(빨간색 선) 및 전압(파란색 선). 음영 부분은 1 및 4로 라벨링된 전하 포화가 달성될 때 상기 장치의 저 저항 상태(RON)를 의미한다. 이러한 과정 중에 전류가 사인파 모양(sinusoidal manner)으로 다양한 동안에 전압은 거의 일정하게 유지된다. 한편, 다른 부분(3 및 6으로 라벨링됨)은 리프레시 전하 공정 중에 고 저항 상태(ROFF)와 관련 있다. (c) V-I 히스테리시스는 수학식 5의 시뮬레이션으로부터 얻어짐. 1-6의 수는 도 18a, 18b, 및 18c와 상응한다. 인간된 전류는 i 0 sin(ω 0 t)이다. 모든 축은 i 0 = 120×10-9 A, v 0 = 1 V, 및 t 0 = 2 π/ω 0 = 0.01 s의 단위로 표현된 전류, 전압, 및 시간에 대한 무차원이다. 다른 파라미터는 RON = 107 Ω, ROFF/RON = 20, L = 1×10-9 m, μ = 10-10 cm2s-1V-1, χ = 100, 및 CON = ε 1 ε 0 A/L CV-1, ε r = 50, A = 10-7 cm2이고, 여기에서 ε 0 는 진공 유전율이다. c에서, 히스테리시스의 약간 비대칭적인 모양은 비-제로 초기 전하 축적(non-zero initial charge accumulation) Δq 0 (= -0.1i 0 0 )에 의해 야기된다. 히스테리시스 루프는 q 0 가 0인 경우에 완전히 대칭이다.FIG. 18 shows a simulation of a memristive device with time-dependent resistance R and capacitance C. (a) w (doped region) / L (grain boundary) as a function of time. (b) Current (red line) and voltage (blue line) as a function of time. The shaded portion means the low resistance state R ON of the device when charge saturation labeled 1 and 4 is achieved. During this process, the voltage remains almost constant while the current varies in a sinusoidal manner. On the other hand, the other portions (labeled 3 and 6) are associated with the high resistance state R OFF during the refresh charge process. (c) VI hysteresis is obtained from the simulation of equation (5). The numbers 1-6 correspond to FIGS. 18A, 18B, and 18C. Humanized current is i 0 sin (ω 0 t ). All axes are i 0 = 120 × 10 -9 A, v 0 = 1 V, and t 0 = 2 π / ω 0 = Dimensionless for current, voltage, and time expressed in units of 0.01 s. Other parameters include R ON = 10 7 Ω, R OFF / R ON = 20, L = 1 × 10 -9 m, μ = 10 -10 cm 2 s -1 V -1 , χ = 100, and C ON = ε 1 ε 0 A / LC V -1 , ε r = 50, A = 10 -7 cm 2 , where ε 0 is the vacuum permittivity. In c, the slightly asymmetrical shape of hysteresis is caused by non-zero initial charge accumulation Δ q 0 (= −0.1 i 0 / ω 0 ). The hysteresis loop is fully symmetric when q 0 is zero.

Claims (34)

MxFeyOz (M = Zn, Mn, Fe, Co 또는 Ni를 포함하는 전이 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0≤x≤8; 0<y≤8; 0<z≤8), ZnwMxFeyOz (M = Mn, Fe, Co 또는 Ni를 포함하는 전이 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0<w≤8; 0<x≤8; 0<y≤8; 0<z≤8), 또는 이들의 다성분 혼성체인 복수의 나노입자를 포함하는 나노입자 어셈블리를 포함하며, 상기 나노입자는 초음파 처리(sonication), 세척 또는 초음파 처리 및 세척을 통해 표면처리된 것을 특징으로 하는 스위칭 소자. M x Fe y O z (M = Zn, at least one element selected from transition metals including Mn, Fe, Co or Ni; 0≤x≤8; 0 <y≤8; 0 <z≤8), Zn w M x Fe y O z (M = at least one element selected from transition metals including Mn, Fe, Co or Ni; 0 <w≤8; 0 <x≤8; 0 <y≤8; 0 <z≤8), or a nanoparticle assembly comprising a plurality of nanoparticles which are multicomponent hybrids thereof, wherein the nanoparticles are surface treated by sonication, washing or sonication and washing. Switching element. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위칭 소자는 전류, 전압 또는 자기장에 의한 유도 스위칭 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자.The switching device is a switching device, characterized in that the inductive switching effect by the current, voltage or magnetic field. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위칭 소자는 상온 (25℃) ± 250℃의 작동 온도에서 가역적인 스위칭 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자. The switching device is a switching device, characterized in that the reversible switching effect at an operating temperature of room temperature (25 ℃) ± 250 ℃. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위칭 소자는 1 mA 미만의 범위의 전류 값에서 가역적인 스위칭 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자. The switching device exhibiting a reversible switching effect at a current value in the range of less than 1 mA. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스위칭 소자는 ROFF/RON [ROFF는 오프 (OFF) 상태의 저항이고, RON은 온 (ON) 상태의 저항임]이 1 초과인 것을 특징으로 하는 스위칭 소자. The switching element is R OFF / R ON A switching element according to claim 1, wherein R OFF is a resistance in an OFF state and R ON is a resistance in an ON state. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 나노 입자 어셈블리는 나노 입자간의 간격이 10 nm 이하인 것을 특징으로 하는 스위칭 소자. The nanoparticle assembly is a switching device, characterized in that the interval between the nanoparticles is less than 10 nm. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노입자는 (ⅰ) 구형, 코어-쉘 및 다중-코어 쉘 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 0차원 구조; (ⅱ) 막대, 바코드, 코어-쉘 동축 막대 및 다중-코어 쉘 동축 막대 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 1차원 구조; (ⅲ) 판상, 레이어 및 다중-성분 판상 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 2차원 구조; 또는 (ⅳ) 가지(branched) 구조, 덴드라이트 구조, 아령 구조 및 다중막대 (multi-pod) 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 3차원 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자.The nanoparticles may comprise (i) a zero-dimensional structure selected from the group consisting of spherical, core-shell and multi-core shell structures; (Ii) a one-dimensional structure selected from the group consisting of bars, bar codes, core-shell coaxial bars and multi-core shell coaxial bar structures; (Iii) a two-dimensional structure selected from the group consisting of platelets, layers and multi-component platelets; Or (iii) a three-dimensional structure selected from the group consisting of a branched structure, a dendrite structure, a dumbbell structure, and a multi-pod structure. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노 입자는 2 내지 500 nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자. Switching device, characterized in that the nanoparticles have a size of 2 to 500 nm. 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위칭 소자는 멤리스터 (memristor)인 것을 특징으로 하는 스위칭 소자. The switching device is characterized in that the memristor (memristor). 나노입자 어셈블리를 포함하는 스위칭 소자의 제조 방법으로서,As a manufacturing method of a switching device comprising a nanoparticle assembly, (a) MxFeyOz (M = Zn, Mn, Fe, Co 또는 Ni를 포함하는 전이 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0≤x≤8; 0<y≤8; 0<z≤8), ZnwMxFeyOz (M = Mn, Fe, Co 또는 Ni를 포함하는 전이 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 원소; 0<w≤8; 0<x≤8; 0<y≤8; 0<z≤8), 또는 이들의 다성분 혼성체인 나노입자를 합성하는 단계;(a) at least one element selected from transition metals including M x Fe y O z (M = Zn, Mn, Fe, Co, or Ni; 0≤x≤8; 0 <y≤8; 0 <z≤ 8), Zn w M x Fe y O z (M = at least one element selected from transition metals including Mn, Fe, Co or Ni; 0 <w ≦ 8; 0 <x ≦ 8; 0 <y ≦ 8) synthesizing nanoparticles which are 0 <z ≦ 8), or multicomponent hybrids thereof; (b) 상기 나노입자를 초음파 처리(sonication), 세척 또는 초음파 처리 및 세척을 하는 단계;(b) sonicating, washing or sonicating and washing the nanoparticles; (c) 상기 나노 입자를 이용하여 나노 입자 어셈블리를 형성하는 단계; 및(c) forming a nanoparticle assembly using the nanoparticles; And (d) 상기 나노입자 어셈블리에 전류, 전압 또는 자기장을 가할 수 있는 수단을 접속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법.(d) connecting a means capable of applying a current, a voltage or a magnetic field to said nanoparticle assembly. 제 22 항에 있어서,        23. The method of claim 22, 상기 단계 (a)는 기상(gas phase)에서 또는 수용액, 유기용액, 또는 다용액계 를 포함하는 액상(liquid phase)에서 나노 입자를 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법.      Said step (a) comprises the step of synthesizing the nanoparticles in the gas phase (liquid phase), including an aqueous solution, an organic solution, or a multi-solution system. 제 22 항에 있어서,       23. The method of claim 22, 상기 단계 (a)는 금속 선구 물질을 계면활성제 또는 계면활성제 함유 용매에 첨가하여 혼합 용액을 제조한 후, 상기 혼합 용액을 50 ? 600 ℃로 가열하여 상기 금속 선구물질을 열분해시켜 금속 나노입자를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특 징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법.      Step (a) is performed by adding a metal precursor to a surfactant or a solvent-containing solvent to prepare a mixed solution. Heating to 600 ° C. to pyrolyze the metal precursor to form metal nanoparticles. 삭제delete 제 24 항에 있어서, 25. The method of claim 24, 상기 계면활성제는 유기산, 유기 아민, 알칸 티올, 포스폰산, 트리옥틸 포스핀 옥사이드이거나 트리부틸 포스핀, 알킬 설페이트, 알킬 포스페이트 또는 테트라알킬 암모늄 할라이드인 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법. The surfactant is an organic acid, organic amine, alkane thiol, phosphonic acid, trioctyl phosphine oxide or tributyl phosphine, alkyl sulfate, alkyl phosphate or tetraalkyl ammonium halide. 제 24 항에 있어서, 25. The method of claim 24, 상기 용매는 에테르계 화합물, 탄화수소류, 유기 산, 유기 아민 또는 알칸 티올인 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법. The solvent is an ether compound, a hydrocarbon, an organic acid, an organic amine or an alkane thiol. 제 24 항에 있어서,25. The method of claim 24, 상기 선구물질 또는 계면 활성제의 농도, 용매의 양, 반응 온도, 반응 시간 을 조절하여 나노입자의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법. Method of manufacturing a switching device, characterized in that for controlling the size of the nanoparticles by adjusting the concentration of the precursor or surfactant, the amount of the solvent, the reaction temperature, the reaction time. 삭제delete 제 22 항에 있어서,      23. The method of claim 22, 상기 단계 (b)는 알칼리 용액의 존재 하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법.Said step (b) is carried out in the presence of an alkaline solution. 제 30 항에 있어서, The method of claim 30, 상기 알칼리 용액은 알킬암모늄, 알킬암모늄 하이드록사이드, 알킬암모늄 할라이드, 알킬포스핀, 알킬포스핀 하이드록사이드 및 알킬포스핀 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 알칼리 화합물 [여기서, 알킬은 CnH2n +1 (0<n≤5)]를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법. The alkaline solution is an alkali compound selected from the group consisting of alkylammonium, alkylammonium hydroxide, alkylammonium halide, alkylphosphine, alkylphosphine hydroxide and alkylphosphine halide, wherein alkyl is C n H 2n + 1 (0 <n ≦ 5)]. 삭제delete 제 22 항에 있어서,23. The method of claim 22, 상기 나노 입자 어셈블리의 형성은 압착, LB (Langmuir Blodgett), LBL (layer by layer), 프린트, 자가 조립 (self-assembly) 또는 용액 증발법 (solution evaporation)에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법. The nanoparticle assembly may be formed by pressing, Langmuir Blodgett (LB), layer by layer (LBL), printing, self-assembly, or solution evaporation. Manufacturing method. 제 33 항에 있어서,34. The method of claim 33, 상기 나노 입자 어셈블리의 형성은 나노 입자를 100 Pa 이상의 압력 하에서 압착하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 제조 방법. Forming the nanoparticle assembly is a method of manufacturing a switching device, characterized in that the nanoparticles are pressed under a pressure of 100 Pa or more.
KR1020090116250A 2008-11-27 2009-11-27 A nanoparticle assembly-based switching device and a method for preparation of the same KR101210548B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20080118696 2008-11-27
KR1020080118696 2008-11-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100061405A KR20100061405A (en) 2010-06-07
KR101210548B1 true KR101210548B1 (en) 2012-12-10

Family

ID=42226264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090116250A KR101210548B1 (en) 2008-11-27 2009-11-27 A nanoparticle assembly-based switching device and a method for preparation of the same

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101210548B1 (en)
WO (1) WO2010062127A2 (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8385101B2 (en) 2010-07-30 2013-02-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memory resistor having plural different active materials
WO2012070020A1 (en) * 2010-11-26 2012-05-31 Varun Aggarwal Multi-state memory resistor device and methods for making thereof
EP2769413B1 (en) 2011-10-21 2016-04-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memristive element based on hetero-junction oxide
KR101969166B1 (en) * 2011-11-29 2019-08-21 에스케이하이닉스 주식회사 Variable resistor, non-volatile memory device using the same, and method of fabricating thereof
CN102931349A (en) * 2012-11-10 2013-02-13 清华大学 Chip memristor and preparation method thereof
KR101460100B1 (en) * 2013-09-05 2014-11-10 고려대학교 산학협력단 Non-volatile memory device and manufacturing method of the same
WO2015186975A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-10 제주대학교 산학협력단 Memory cell using memristor
WO2017069837A2 (en) * 2015-08-14 2017-04-27 Washington University Engineered nanoparticles for aqueous applications
US10290804B2 (en) * 2017-01-23 2019-05-14 Sandisk Technologies Llc Nanoparticle-based resistive memory device and methods for manufacturing the same
US11456418B2 (en) 2020-09-10 2022-09-27 Rockwell Collins, Inc. System and device including memristor materials in parallel
US11462267B2 (en) 2020-12-07 2022-10-04 Rockwell Collins, Inc. System and device including memristor material
US11631808B2 (en) 2020-12-07 2023-04-18 Rockwell Collins, Inc. System and device including memristor material
US11469373B2 (en) 2020-09-10 2022-10-11 Rockwell Collins, Inc. System and device including memristor material
IT202000025738A1 (en) * 2020-10-29 2022-04-29 Fondazione St Italiano Tecnologia PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF GRAM-SCALE FERRITE NANOPARTICLES FOR MAGNETIC HYPERTHERMIA APPLICATIONS

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100604975B1 (en) 2004-11-10 2006-07-28 학교법인연세대학교 Preparation Method of Magnetic and Metal Oxide Nanoparticles
KR100744959B1 (en) 2005-12-05 2007-08-02 한국전자통신연구원 Organic Semiconductor Devices and Fabrication Methods of the same
JP2008198948A (en) 2007-02-15 2008-08-28 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Two-terminal resistance switch element and semiconductor device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6130814A (en) * 1998-07-28 2000-10-10 International Business Machines Corporation Current-induced magnetic switching device and memory including the same
JP4658329B2 (en) * 1999-02-12 2011-03-23 ボード オブ トラスティーズ,オブ ミシガン ステイト ユニバーシティ Nanocapsules containing charged particles, methods of use and formation thereof
KR20060070716A (en) * 2004-12-21 2006-06-26 한국전자통신연구원 Organic memory device and method for fabricating the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100604975B1 (en) 2004-11-10 2006-07-28 학교법인연세대학교 Preparation Method of Magnetic and Metal Oxide Nanoparticles
KR100744959B1 (en) 2005-12-05 2007-08-02 한국전자통신연구원 Organic Semiconductor Devices and Fabrication Methods of the same
JP2008198948A (en) 2007-02-15 2008-08-28 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Two-terminal resistance switch element and semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100061405A (en) 2010-06-07
WO2010062127A3 (en) 2010-08-19
WO2010062127A2 (en) 2010-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101210548B1 (en) A nanoparticle assembly-based switching device and a method for preparation of the same
Mourdikoudis et al. Oleic acid/oleylamine ligand pair: a versatile combination in the synthesis of colloidal nanoparticles
Doud et al. Superatoms in materials science
Joshi et al. Dielectric relaxation, complex impedance and modulus spectroscopic studies of mix phase rod like cobalt sulfide nanoparticles
Hanrath Colloidal nanocrystal quantum dot assemblies as artificial solids
Yang et al. Flexible polymer-assisted mesoscale self-assembly of colloidal CsPbBr3 perovskite nanocrystals into higher order superstructures with strong inter-nanocrystal electronic coupling
Abdelhady et al. Nickel and iron sulfide nanoparticles from thiobiurets
EP2430112B1 (en) Materials and methods for the preparation of nanocomposites
Das et al. Chemical solution synthesis for materials design and thin film device applications
Qu et al. Ultrathin, high-aspect ratio, and free-standing magnetic nanowires by exfoliation of ferromagnetic quasi-one-dimensional van der Waals lattices
Aleinawi et al. Spectroscopic probing Of Mn-doped ZnO nanowires synthesized via a microwave-assisted route
Agnoli et al. Synthesis of Cubic Antiferromagnetic KMnF3 Nanoparticles Using Reverse Micelles and Their Self‐Assembly
Seo et al. Ultrathin silver telluride nanowire films and gold nanosheet electrodes for a flexible resistive switching device
KR20060123431A (en) Quasi-one-dimensional polymers based on the metal-chalcogen-halogen system
EP2909867B1 (en) Method for deposition of thermoelectric material
Toghan et al. Insight of yttrium doping on the structural and dielectric characteristics of ZnO nanoparticles
Xie et al. Mild hydrothermal-reduction synthesis and Moessbauer study of low-dimensional iron chalcogenide microcrystals and single crystals
Rejith et al. Optical, thermal and magnetic studies on zinc-doped copper oxide nanoparticles
Mandal et al. Notes on useful materials and synthesis through various chemical solution techniques
Chtioui-Gay et al. Synthesis, characterization, and thermoelectric properties of superconducting (BEDT-TTF) 2 I 3 nanoparticles
Testa-Anta et al. Magnetism Engineering in Antiferromagnetic β-FeOOH Nanostructures via Chemically Induced Lattice Defects
Gupta et al. Structural, morphological, and electrical properties of ZnSe nanostructures: Effects of Zn precursors
Schmid Chemical synthesis of large metal clusters and their properties
Chai et al. Synthesis of polycrystalline nanotubular Bi2Te3
Dhokiya et al. Structural, electrical transport and magnetoresistance properties of La0. 7Ca0. 3MnO3: ZnO nanocomposites

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151201

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161201

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171128

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190218

Year of fee payment: 7