KR101433273B1 - Non-volatile memory device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 제 1 및 제 2 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 구비되고, 도너 물질과 억셉터 물질을 포함하는 유기물층 및 상기 유기물층 내에 마련된 적어도 한층의 나노 크리스탈층을 포함하는 비휘발성 메모리 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다. The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same. The nonvolatile memory device includes a first electrode and a second electrode, an organic material layer provided between the first electrode and the second electrode and including a donor material and an acceptor material, A nonvolatile memory device including at least one layer of a nano-crystal layer, and a method of manufacturing the same.
이와 같이 본 발명은 도너 물질과 억셉터 물질을 포함하는 유기물층 사이에 나노 크리스탈층이 형성된 메모리 소자를 제작하여 나노 크리스탈에 전하 충전 확률을 증대시켜 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention can improve the reliability of a device by increasing the probability of charging a nanocrystal by fabricating a memory device in which a nanocrystal layer is formed between an organic material layer including a donor material and an acceptor material.
비휘발성, 메모리, 유기물, 도너 억셉터, 쌍안정, 나노 크리스탈층, 산화, 멀티 레벨, 다중 적층, 부저항, Memory, organic, donor acceptor, bistable, nanocrystal layer, oxidation, multi-level, multiple lamination, negative resistance,
Description
본 발명은 비휘발성 메모리 소자에 관한 것으로, 동일 전압에서 두 가지의 전도성 상태를 가질 수 있는 유기물층을 포함하는 비휘발성 메모리 소자 및 이에 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nonvolatile memory device, and more particularly, to a nonvolatile memory device including an organic layer capable of having two conductive states at the same voltage, and a method of manufacturing the nonvolatile memory device.
현재 메모리 소자는 휘발성의 D램(Dynamic-Ramdon Access Memory)과, 비휘발성의 플래시 메모리가 그 주류를 이루고 있다. Current memory devices are mainly composed of volatile dynamic random access memory (DRAM) and non-volatile flash memory.
D램은 게이트에 인가된 전압에 따라 게이트 하부의 채널 폭을 조절하여, 소스와 드레인 단자간의 채널을 형성하고, 소스 단자에 접속된 커패시터에 전자를 충전 또는 방전시킨다. 이후, 커패시터의 충전 및 방전 상태를 판독하여 0과 1의 데이터를 구분하는 소자이다. 이러한 D램은 커패시터를 계속적으로 재충전해주어야 하는 단점이 있고, 이를 휘발성 메모리 소자로 부르며 전원이 인가되지 않을 경우에는 누설 전류에 의해 소자에 입력된 데이터가 손실되는 문제가 있어 전력 소비가 많은 단점이 있다. The DRAM controls the channel width under the gate according to the voltage applied to the gate to form a channel between the source and the drain terminal and charges or discharges electrons to the capacitor connected to the source terminal. Thereafter, the charge and discharge state of the capacitor is read to distinguish the data of 0 and 1. Such a DRAM has a drawback in that it is required to constantly recharge the capacitor, and it is referred to as a volatile memory device. When the power is not applied, the data inputted to the device is lost due to the leakage current, .
또한 낸드 플래시 메모리는 컨트롤 게이트와 채널 영역에 인가된 전압에 의해 F-N 터널링(Tunneling) 현상이 발생하고, 이러한 F-N 터널링 현상을 통해 플로팅 게이트 내의 전자를 충전 혹은 방전을 한다. 충전 및 방전 상태에 따른 채널 영역의 문턱 전압 변화가 생기고 이러한 문턱전압 변화를 판독하여 0과 1의 데이터를 구분하는 소자이다. 이러한 플래시 메모리는 F-N 터널링을 이용하기 때문에 소자내에서 사용하는 전압이 매우 커지는 단점이 있고, 플래시 메모리는 데이터를 쓰고 읽는 것이 폴리 실리콘으로 제조된 F-N 터널링을 통해 플로팅 게이트에 전자를 충전 혹은 방전을 해야 하므로 데이터 처리 속도가 μ-초(sec) 수준의 느린 단점이 발생한다. In the NAND flash memory, FN tunneling occurs due to the voltage applied to the control gate and the channel region, and electrons in the floating gate are charged or discharged through the F-N tunneling phenomenon. The threshold voltage of the channel region is changed according to the charging and discharging states, and the threshold voltage change is read to distinguish between the data of 0 and 1. Since such a flash memory utilizes FN tunneling, there is a disadvantage that the voltage used in the device becomes very large. In the flash memory, writing and reading data requires charging or discharging electrons to the floating gate through FN tunneling made of polysilicon The data processing speed is slow in the order of μ-sec (sec).
또한, 상술한 종래의 메모리 소자를 구현하기 위해서는 메모리 셀 사이즈가 다소 크고(8F2) 최소 수십 공정 이상을 거쳐야 하기 때문에 소자의 집적도를 향상시키기 어렵고, 단가가 높고 높은 수율을 유지하기가 어렵다. In order to realize the above-described conventional memory device, the size of the memory cell is rather large (8F 2 ) and requires at least several tens of steps, so it is difficult to improve the integration degree of the device, and it is difficult to maintain a high yield and a high yield.
현재, 이러한 D램과 플래시 메모리의 단점을 극복하고, 이들의 장점을 고루 갖춘 차세대 메모리 소자를 구현하기 위한 연구가 활발히 수행되고 있다.At present, researches are actively carried out to overcome the disadvantages of such DRAM and flash memory and to realize a next generation memory device having advantages of these.
이러한 차세대 메모리 소자는 그 내부의 기본 단위인 셀을 구성하는 물질에 따라 그 연구 분야들이 다양하게 분리되고 있다. 즉, 상변화 물질에 전류를 가한 후 냉각될 때 물질이 저항이 적은 고체 상태가 되느냐 저항이 큰 비정질 상태가 되느냐에 따라 저항 차이를 이용해 데이터 0과 1을 만들거나, 전도성 유기물체에 전 압 인가시 나타나는 동일 전압에 고저항과 저저항이 존재하는 쌍방성 전도특성을 이용한 메모리 소자나, 강유전체라는 물질의 성질을 이용하여 이에 전원을 가해 잔류 분극 성질을 갖도록 하여 메모리 소자로 이용하거나, 자기장의 성질을 이용해 N극과 S극의 성질의 강자성 물질을 이용해 데이터를 저장하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다. 또한, 평탄 플로팅 게이트를 평판구조의 실리콘에서 금속, 실리콘 혹은 화합물 반도체의 양자점을 대체하는 비휘발성 메모리 소자에 대한 연구 또한 활발히 이루어지고 있다. The research fields of this next generation memory device are variously divided according to the material constituting the cell which is the basic unit of the memory device. That is, when the phase-change material is cooled and then cooled, it is possible to make
하지만, 이러한 물질들은 그 특성을 살려 고집적화된 메모리 소자에 이를 적용하기 위한 공정 조건을 찾아내는 것이 현재 차세대 메모리 소자의 공통적인 과제로 남아 있는 실정이다. However, in order to utilize the characteristics of these materials and to find the process conditions for applying them to a highly integrated memory device, it is a common task of present-day memory devices.
특히 상기의 차세대 메모리 중 유기물(즉, 유기물)을 이용하는 비휘발성 메모리는 실제 양산에 적용된 사례가 없을 뿐만 아니라, 이를 메모리 소자로 제작하기 위한 정확한 공정 조건을 찾기가 어려운 실정이다. 특히, 안정적인 쌍안정 특성을 갖는 유기물질의 개발이 어렵고, 유기물질을 통한 전하 전송 효율이 저하됨으로 인해 소자의 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다. Particularly, the nonvolatile memory using the organic material (i.e., organic material) in the next generation memory has not been applied to actual mass production, and it is difficult to find an accurate process condition for manufacturing the memory device. In particular, it is difficult to develop an organic material having stable bistable characteristics, and the reliability of the device is deteriorated due to a decrease in the charge transfer efficiency through the organic material.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 전하 전송 효율과 전하 이동 속도를 증대시킬 수 있는 유기물층을 제작하여 나노 크리스탈에 전하 충전 확률을 증대시켜 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공한다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same, which can improve the reliability of a device by increasing the charge charging probability of the nano-crystal by fabricating an organic layer capable of increasing charge transfer efficiency and charge transfer rate, And a manufacturing method thereof.
본 발명에 따른 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상에 위치하는 제 1 유기물층과, 상기 제 1 유기물층 상에 위치하는 나노 크리스탈층과, 상기 나노 크리스탈층 상에 위치하는 제 2 유기물층 및 상기 제 2 유기물층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 1 유기물층 또는 제 2 유기물층은 도너 물질 및 억셉터 물질을 포함하는 비휘발성 메모리 소자를 제공한다. A first electrode according to the present invention; a first organic material layer disposed on the first electrode; a nanocrystal layer disposed on the first organic material layer; a second organic material layer disposed on the nanocrystal layer; And a second electrode located on the organic material layer, wherein the first organic material layer or the second organic material layer includes a donor material and an acceptor material.
상기 도너 물질 또는 상기 억셉터 물질은 각각 고분자 유기 물질 또는 저분자 유기 물질일 수 있다. The donor material or the acceptor material may be a polymeric organic material or a low molecular organic material, respectively.
상기 도너 물질은 P3HT(폴리(3-헥실티오펜)), 폴리실록산 카르바졸, 폴리아닐린, 폴리에틸렌 옥사이드, (폴리(1-메톡시-4-(0-디스퍼스레드1)-2,5-페닐렌-비닐렌), 폴리인돌, 펄리카르바졸, 폴리피리디아진, 폴리이소티아나프탈렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐피리딘, 폴리티오펜, 폴리플루오렌, 폴리피리딘, 폴리스타이렌 및 이들의 유도체 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것이 가능하다. The donor material may be selected from the group consisting of P3HT (poly (3-hexylthiophene)), polysiloxane carbazole, polyaniline, polyethylene oxide, (poly (1-methoxy- At least one of polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride, polypyridine, polystyrene, polystyrene, polystyrene, It is possible to include one or more.
상기 억셉터 물질은 플러렌 또는 그 유도체인 것이 가능하다. The acceptor material may be fullerene or a derivative thereof.
상기 도너 물질은 P3HT이고, 상기 억셉터 물질은 PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)일 수 있다. The donor material may be P3HT and the acceptor material may be PCBM ([6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester).
상기 나노 크리스탈층은 나노 크리스탈 및 상기 나노 크리스탈을 감싸는 배리어 물질을 포함하는 것이 바람직하다. The nanocrystal layer may include nanocrystals and a barrier material surrounding the nanocrystals.
상기 나노 크리스탈은 Al, Ti, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu와 이들의 합금 중 적어도 어느 하나일 수 있다. The nano-crystal may be at least one of Al, Ti, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu and alloys thereof.
상기 배리어 물질은 상기 나노 크리스탈 물질의 산화물, Al2O3, TiO2, CB(carbazole terminated thiol) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. The barrier material may be any one selected from oxides of the nanocrystalline material, Al2O3, TiO2, and CB (carbazole terminated thiol).
상기 제 1 및 제 2 전극 양단에 인가되는 입력 데이터 전압에 따라 다양한 저항 상태로 변화되고, 읽기 동작시 멀티 레벨의 출력 전류를 생성할 수 있다.And changes into various resistance states according to an input data voltage applied across the first and second electrodes, and a multi-level output current can be generated in a read operation.
상술한 바와 같이 본 발명은 도너 물질과 억셉터 물질을 포함하는 유기물층에 나노 크리스탈층이 형성된 메모리 소자를 제작하여 나노 크리스탈에 전하 충전 확률을 증대시켜 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention can improve the reliability of a device by increasing the probability of charging the nanocrystals by fabricating a memory device in which a nanocrystal layer is formed on an organic material layer including a donor material and an acceptor material.
또한, 본 발명은 쌍안정 전도성 특성을 갖는 유기물층을 통해 읽기, 쓰기 및 소거 동작을 반복적으로 수행할 수 있고, 전원이 인가되지 않더라고 셀에 저장된 데이터를 유지할 수 있으며, 다중 레벨 메모리를 제작할 수 있다. Further, the present invention can repeatedly perform the read, write and erase operations through the organic material layer having the bistable conductive property, maintain the data stored in the cell even if the power source is not applied, .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 단면도이고, 도 2는 일 실시예의 변형예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 단면도이다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a non-volatile memory device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a non-volatile memory device according to a modification of the embodiment.
도 1을 참조하면, 본발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자는 상부 및 하부 전극(20, 70)과, 상부 및 하부 전극(20, 70) 사이에 쌍안정 전도 특성을 갖는 제 1 및 제 2 유기물층(30, 60)과, 상기 제 1 및 제 2 유기물층(30, 60) 사이에 위치한 나노 크리스탈층(50)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 나노 크리스탈층(50)은 단층으로 형성하였으나, 나노 크리스탈층(50)은 복수 층으로 형성할 수도 있다. Referring to FIG. 1, a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention includes upper and
상기의 기판(10)으로는 절연성 기판, 반도체성 기판 또는 도전성 기판을 사용할 수 있다, 즉, 플라스틱 기판, 유리 기판, Al2O3 기판, SiC 기판, ZnO 기판, Si 기판, GaAs 기판, GaP 기판, LiAl2O3 기판, BN 기판, AlN 기판, SOI 기판 및 GaN 기 판 중 적어도 어느 하나의 기판을 사용할 수 있다. 반도체성 기판과 도전성 기판을 사용시는 하부 전극(20) 사이에 절연체로 분리해야 한다. A glass substrate, an Al 2 O 3 substrate, a SiC substrate, a ZnO substrate, a Si substrate, a GaAs substrate, a GaP substrate, a GaAs substrate, or the like can be used as the
상기의 상부 및 하부 전극(20, 70)은 전기 전도성을 갖는 모든 물질을 사용할 수 있다. 전극은 전기적 저항이 낮고 전도성 유기물질과 계면 특성이 뛰어난 Al, Ti, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu 및 이들의 합금 등의 금속이 바람직하다. The upper and
제 1 및 제 2 유기물층(30, 60)은 도너 물질 및 억셉터 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 도너 물질은 전자를 주는 분자를 말하며, 억셉터 물질은 전자를 받는 분자를 말한다. 도너 물질 또는 억셉터 물질은 각각 고분자 물질 또는 저분자 물질 일 수 있으며, 본 실시예에서는 도너 물질로는 고분자 물질을 사용하고, 억셉터 물질로는 저분자 물질을 사용하였다.The first and second
여기서, 도너 물질은 P3HT(폴리(3-헥실티오펜)), 폴리실록산 카르바졸, 폴리아닐린, 폴리에틸렌 옥사이드, (폴리(1-메톡시-4-(0-디스퍼스레드1)-2,5-페닐렌-비닐렌), 폴리인돌, 펄리카르바졸, 폴리피리디아진, 폴리이소티아나프탈렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐피리딘, 폴리티오펜, 폴리플루오렌, 폴리피리딘, 폴리스타이렌 및 이들의 유도체 중 적어도 어느 하나 이상의 물질을 사용할 수 있다. Wherein the donor material is selected from the group consisting of P3HT (poly (3-hexylthiophene)), polysiloxane carbazole, polyaniline, polyethylene oxide, (poly (1-methoxy- At least one of poly (vinylene), poly (indole), pericarbazole, polypyridazine, polyisothianaphthalene, polyphenylene sulfide, polyvinylpyridine, polythiophene, polyfluorene, polypyridine, polystyrene and derivatives thereof Any one or more materials may be used.
그리고, 억셉터 물질로는 플러렌 또는 그 유도체를 사용한다. 예를 들면, PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)을 사용할 수 있다. As the acceptor material, fullerene or a derivative thereof is used. For example, PCBM ([6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester) can be used.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면 제 1 및 제 2 유기물층(30, 60)으로 도너 물질과 억셉터 물질을 포함하는 유기물을 사용함으로 인해 유기물 메모리 특성을 향상시킬 수 있다. 이는 도너 물질과 억셉터 물질에 의해 제 1 및 제 2 유기물층(30, 60)이 전하 전송 복합체(Charge Transfer Complex)를 이루기 때문이다. 전하 전송 복합체(Charge Transfer Complex)는 둘 이상의 분자간 인력으로 인해 전하가 들뜬 상태(Excited State)로 변화되고 이는 분자간의 전하 이동을 발생시키면서 두 분자의 상태를 안정 시킨다. As described above, according to the embodiment of the present invention, the organic material memory characteristics can be improved by using the organic material including the donor material and the acceptor material as the first and second
단일의 유기물을 사용할 경우 전자가 유기물 내에서 호핑(Hoping)을 통하여 전도된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 도너 물질과 억셉터 물질을 사용하여 전하 전송 복합체를 형성하는 경우 전하의 이동이 호핑(Hoping) 뿐만 아니라 전하 전송(Charge Transfer)를 통해서도 일어난다. 따라서, 유기물층(30, 60) 내의 전체적인 전하 전송 효율 뿐만 아니라 도너 물질과 억셉터 물질 간의 빠른 전하 이동으로 인하여 전하 이동도 역시 증가하게 된다. 이와 같이 전하의 전송 효율을 높여줌으로써 유기물층(30, 60) 내에 생성된 나노 크리스탈(20)에 전하를 충전(Charging)할 확률을 증가 시켜 보다 신뢰성 있고 개선된 비휘발성 메모리 거동을 가능하게 할 수 있다. 또한, 유기물층은 쌍안정 특성 즉, 동일 전압에서 두 가지의 전도성을 갖게 된다. When a single organic material is used, the electrons are conducted through hopping in the organic material. However, in the case of forming the charge transporting complex using the donor material and the acceptor material as in the embodiment of the present invention, not only the hopping but also the charge transfer occurs. Therefore, not only the overall charge transfer efficiency in the
본 발명의 일 실시예에서는 도너 물질과 억셉터 물질을 혼합하여 유기물층을 형성하였지만, 이와는 달리, 도너물질층 및 억셉터 물질층을 포함하도록 유기물층을 형성할 수도 있다.In one embodiment of the present invention, the donor material and the acceptor material are mixed to form the organic material layer. Alternatively, the organic material layer may be formed to include the donor material layer and the acceptor material layer.
나노 크리스탈층(50)은 복수의 결정성 나노 크리스탈(50a)과 이 나노 크리스탈(50a)을 감싸는 베리어 물질(50b)를 포함한다. 나노 크리스탈층(50)은 금속층을 증착하고, 증착된 금속층을 플라즈마 또는 열 산화하는 공정으로 형성하여 금속층 물질을 포함하는 나노 크리스탈(50a)과 금속층 물질의 산화물을 포함하는 배리어 물질(50b)을 포함하도록 형성할 수 있다.The
여기서, 상기 금속층으로 Al, Ti, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu와 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 그리고, 산화 공정으로는 O2 플라즈마 산화공정을 실시할 수 있다. At least one of Al, Ti, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, and alloys thereof may be used as the metal layer. The O 2 plasma oxidation process can be performed as the oxidation process.
물론 이에 한정되지 않고, 증착 챔버 내에서 금속의 산화를 통해 나노 크리스탈을 형성할 수도 있다. 하지만, 일정하고 균일한 크기를 가지는 안정된 나노 크리스탈을 형성하기 위해 결정립계(grain boundary)를 따라 O2 플라즈마 공정을 통해 강제 산화시키는 과정을 사용하는 것이 바람직하다. However, the present invention is not limited to this, and nano-crystals may be formed through oxidation of metal in the deposition chamber. However, it is preferable to use a process of forced oxidation through an O 2 plasma process along a grain boundary to form a stable nanocrystal having a uniform and uniform size.
본 실시예에서는 나노 크리스탈층(50)으로 Ni을 사용하여 형성하였다. 여기서, 결정성 물질(즉, 나노 크리스탈)은 Ni 나노 크리스탈이고, 배리어 물질은 NixOy(예를 들어, NiO)이다. 이는 Ni 나노 크리스탈층은 Ni 금속층의 표면이 산화되어 형성되기 때문이다. In this embodiment, Ni is used for the
여기서, 나노 크리스탈층(50)의 두께는 1 내지 40nm인 것이 바람직하다. 도 1에서는 한층의 나노 크리스탈층(50)이 도시되었다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 다층의 나노 크리스탈층이 형성될 수도 있다. 그리고, 표면 산화된 나노 크리스탈층(50)의 두께의 균일성은 목표로 하는 나노 크리스탈층 두께에서 약 -30 내지 +30%의 범위 내의 두께를 갖는 나노 크리스탈층이 형성됨을 지칭한다.Here, the thickness of the
상술한 바와 같이 본 실시예의 나노 크리스탈층(50)은 제 1 및 제 2 유기물 층(30, 60) 사이에 1 내지 40nm이하의 균일한 두께로 형성되어 유기물 사이에서 표면이 산화된 나노 크리스탈이 갖는 에너지 갭이 커지게 되고 이로 인해 소자의 데이터 보유력을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 유기물층(30, 60) 내에 나노 크리스탈(50)이 형성되면, 상부 및 하부 전극(20, 70)에 인가되는 전압에 따라 소자가 다양한 저항 상태를 갖고 다양한 레벨의 전류를 출력할 수 있다. 따라서, 단위 셀에 1비트 이상의 데이터가 저장될 수 있다. As described above, the nano-
그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 기본 적층 구조를 복수번 반복하여 형성할 수도 있다. 즉, 기판(10) 상에 하부 전극(20)이 위치하고, 하부 전극(20) 상에 제 1 유기물층(30)이 위치하며, 제 1 유기물층(30) 상에 제 1 나노 크리스탈층(50)이 위치하며, 제 1 나노 크리스탈층(50)을 포함하는 제 1 유기물층(30) 상에 제 2 유기물층(60)이 위치하며, 제 2 유기물층(60) 상에 중간 전극(80)이 위치하고, 중간 전극(80) 상에 제 3 유기물층(90)이 위치하고, 제 3 유기물층(90) 상에 제 2 나노 크리스탈층(100)이 위치하고, 제 2 나노 크리스탈층(100) 상에 제 4 유기물층(110)이 위치하고, 제 4 유기물층(110) 상에 상부 전극(120)이 위치한다. Then, as shown in Fig. 2, the basic laminated structure may be formed repeatedly a plurality of times. That is, the
하기에서는 도면을 참조하여, 상술한 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법에 관해 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the above-described nonvolatile memory element will be described with reference to the drawings.
도 3 내지 도 8은 본 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 상기 도면에서 (a)는 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이고, (b)는 (a)의 A-A선상의 단면도이다.FIGS. 3 to 8 are views for explaining a method of manufacturing the nonvolatile memory device according to the present embodiment. (A) is a plan view for explaining a method of manufacturing a nonvolatile memory device, and (b) is a cross-sectional view taken along line A-A of (a).
도 9는 본 실시예에 따른 나노 크리스탈층의 제조 방법을 설명하기 위한 개념 단면도이다.FIG. 9 is a conceptual cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the nanocrystal layer according to the present embodiment.
도 3을 참조하면, 기판(10) 상에 하부 전극(20)을 형성한다. 즉, 증발 증착법(Evaporation)을 이용하여 일 방향으로 배열된 하부 전극(20)을 형성한다. 이때, 기판(10)으로는 실리콘 기판 또는 유리 기판을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 3, a
이를 좀더 상세히 설명하면, 먼저 기판(10)을 금속 증착을 위한 챔버(미도시) 내에 로딩한 다음, 제 1 새도우 마스크(shadow mask; 미도시)를 이용하여 하부 전극(20)이 형성될 영역을 노출시킨다. 이후, 챔버 내부의 압력을 10-6 내지 10-3 Pa로 하고, 증착률을 2 내지 7Å/s로 유지한 상태에서 섭씨 1000 내지 1500도의 온도에서 금속물질을 증발시켜 노출된 기판(10) 영역에 금속의 하부 전극(20)을 형성한다. 이때, 본 실시예에서는 하부 전극(20)으로는 Al을 사용한다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 하부 전극으로 Al, Ti, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu 또는 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 이용하여 제작될 수 있다. 그리고, 하부 전극(20)의 두께는 50 내지 100nm일 수 있다. 상기의 하부 전극(20) 증착 공정 전후에 소정의 세정공정을 실시할 수도 있다. First, the
도 4를 참조하면, 하부 전극(20)이 형성된 기판(10) 상에 제 1 유기물층(30)을 형성한다. Referring to FIG. 4, a first
이를 위해 먼저, 제 1 유기물층(30) 제조를 위한 유기물 원료 물질을 제작한다. 유기물 원료 물질 제작을 위해 앞서 설명한 도너 물질과 억셉터 물질을 마련한 다음. 도너 물질과 억셉터 물질을 유기용매에 넣고, 블렌딩한다. First, an organic material material for manufacturing the first
본 실시예에서는 도너 물질로 P3HT를 사용하고, 억셉터 물질로 PCBM을 사용하였으며, 하기 화학식 1과 같다. In this embodiment, P3HT is used as a donor material and PCBM is used as an acceptor material.
이어서, 준비된 유기 물질을 하부 전극(20)이 형성된 기판(10) 상에 코팅하여 제 1 유기물층(30)을 형성한다. Next, the prepared organic material is coated on the
이때, 제 1 유기물층(30)은 다양한 코팅 방법을 통해 코팅될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 스핀 코팅을 통해 제 1 유기물층(30)을 형성하였으며, 스핀 코팅 후 질소 분위기에서 어닐링 할 수 있다. At this time, the first
이때, 기판(10) 상에 코팅되는 제 1 유기물층(30)의 두께는 10 내지 100nm일 수 있다.At this time, the thickness of the first
상술한 방법 이외에도 제 1 유기물층(30)은 상술한 코팅 방법 이외에 다양한 방법으로 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어 프린트 또는 스크린 인쇄와 같은 인쇄 방법으로 기판 상에 형성될 수 있다. In addition to the above-described methods, the first
도 5, 도 6 및 도 9를 참조하면, 제 1 유기물층(30) 상에 금속층(40)을 증착한다. 이를 위해 제 1 유기물층(30)이 형성된 기판(10)을 금속 증착을 위한 챔버 (미도시) 내에 로딩한다. 제 3 새도우 마스크(미도시)를 이용하여 나노 크리스탈층(40)이 형성될 제 1 유기물층(30)을 노출시킨다. 이후, 챔버 내부의 압력을 10-6 내지 10-3 Pa로 하고, 증착률을 0.1 내지 7.0Å/s로 유지한 상태에서 섭씨 800 내지 1500도의 온도에서 금속물질을 증발시켜 노출된 제 1 유기물층(30) 상에 1 내지 40nm 두께의 금속층(40)을 형성한다. Referring to FIGS. 5, 6 and 9, a
이때, 상기 금속층(40)은 증착률이 높기 때문에 나노 크리스탈의 형태로 형성되지 않고, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 결정립계(grain boundary)를 가지는 금속 박막으로 형성된다.At this time, since the
그런 다음, 상기 금속층(40)이 형성된 기판(10)을 산화를 위한 챔버내로 로딩한다. 챔버에 50 내지 300W의 RF파워를 인가하고, 100 내지 200V의 AC 바이어스를 인가하고, 0.5 내지 3.0Pa 압력으로 O2가스를 주입하여 산화 공정을 실시한다. 이때, 공정 시간은 약 50 내지 500초 동안 실시하는 것이 바람직하다. Then, the
상기와 같이, O2 플라즈마를 이용한 산화공정을 실시하면, 나노 크리스탈(50a)과, 이 나노 크리스탈(50a)을 감싸는 배리어 물질(50b)를 포함하는 나노 크리스탈층(50)이 형성된다. 여기서, 배리어 물질(50b)은 금속의 산화물로 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 Ni 나노 크리스탈층을 형성하였다. As described above, when the oxidation process using the O 2 plasma is performed, a
이를 자세히 설명하면, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 결정립계를 가진 금속층(40)의 바운더리를 따라 O2 플라즈마가 침투하여 바운더리를 따라 산화되면서 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 동일한 크기의 Ni 나노 크리스탈이 형성된다. 이때 나노 크리스탈층(50)은 금속층(40)의 두께에 따라 그 두께가 1 내지 40nm의 범위 내에서 형성될 수 있다. 물론, 금속층(40)의 두께를 두껍게 형성할 수도 있지만, 금속층(40)이 너무 두껍게 될 경우(50nm이상)에는 금속층(40)의 결정립계 내부로 O2 플라즈마가 충분히 침투하지 못하여 나노 크리스탈층(50)이 효과적으로 형성되지 않을 수 있다. 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 산화공정 완료 후의 나노 크리스탈층(50)은 Ni 나노 크리스탈의 결정성 물질의 나노 크리스탈과, 나노 크리스탈 표면이 Ni0의 비결정성 물질로 산화되어 이루어진다. 9 (b), the O 2 plasma is infiltrated along the boundary of the
여기서, 상술한 금속층(40)의 증착과 산화 공정을 다수번 반복하여 다층의 나노 크리스탈층(50)을 형성할 수도 있다. Here, the
본 발명의 일 실시예에서 나노 크리스탈층(50)은 상술한 플라즈마를 이용한 산화 공정 이외에 다양한 공정을 통해 제작될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the
예를 들어, 나노 크리스탈층(50)을 제작하기 위해 먼저 제 1 유기물층(30) 상에 제 1 배리어 물질층, 금속층 및 제 2 배리어 물질층을 순차적으로 증착한다. 이어서, 150 내지 300도의 온도에서 0.5 내지 4시간 동안 큐어링 공정을 수행한다. 이를 통해 제 1 및 제 2 배리어 물질층이 금속층 내의 금속의 나노 크리스탈을 감싸게 된다. 이때, 배리어 물질로 Al2O3 또는 TiO2를 사용할 수 있다. 이를 통해 나노 크리스탈(50a)과 배리어 물질(50b)을 포함하는 나노 크리스탈층(50)을 제작할 수 있다. 또한, 배리어 물질로 둘러 쌓인 나노 크리스탈을 제조한 후, 유기물에 분산시켜 이를 스핀 코팅함으로써, 유기물 층 내에 나노 크리스탈이 분산된 층으로 제작할 수도 있다. 이때 배리어 물질은 CB(carbazole terminated thiol)일 수 있다. For example, in order to fabricate the
도 7을 참조하면, 나노 크리스탈층(50)이 형성된 제 1 유기물층(30) 상에 상기 제 1 유기물층(30)과 동일한 방법으로 제 2 유기물층(60)을 형성한다. Referring to FIG. 7, a second
도 8을 참조하면, 제 2 유기물층(60)을 포함하는 기판(10)상에 상부 전극(70)을 형성한다. 이때, 상부 전극(70)은 하부 전극(30)과는 서로 교차하는 방향으로 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 8, an
이를 위해 먼저 제 2 유기물층(60)까지 형성된 기판(10)을 금속 증착을 위한 챔버 내에 로딩한 다음, 제 4 새도우 마스크를 이용하여 상부 전극(70)이 형성될 영역을 노출시킨다. 이후, 챔버 내부의 압력을 10-6 내지 10-3 Pa로 하고, 증착률을 2 내지 7Å/s로 유지한 상태에서 섭씨 1000 내지 1500도의 온도에서 금속물질을 증발시켜 노출된 제 2 유기물층(60)과, 기판(10) 영역에 금속의 전극을 형성한다. 이때, 본 실시예에서는 상부 전극(70)으로는 Al을 사용하는 것이 바람직하고, 전극의 두께는 60 내지 100nm일 수 있다. To this end, the
이후, 도시하지는 않았지만, 상술한 상부 전극(70)과, 하부 전극(30) 각각을 외부 전극과 연결하기 위한 별도의 금속 배선 공정을 실시할 수도 있다. 이를 통해 상부 전극(70)과 하부 전극(30)이 별도의 패드에 전기적으로 접속된다. 그리고, 이러한 패드에 다양한 입력 전원을 인가하는 구동 수단이 접속된다. 따라서, 다양한 입력 전원을 전극에 인가하여 소자의 저항 상태에 따라 다양한 출력 전류 레벨을 가질 수 있다. 이러한 소자 특성을 후술된다. Although not shown, a separate metallization process may be performed to connect the
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 설명하였지만, 제조 방법은 이에 한정되지 않고, 다양한 방법을 통해 제조할 수 있다.Although a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention has been described, the manufacturing method is not limited thereto and can be manufactured through various methods.
예를 들면, 상기의 전극 및 나노 크리스탈층은 열 증착(thermal evaporation)공정 이외에 E-빔 증착 공정, 스퍼터링 공정, CVD공정, ALD공정 등을 통해 형성할 수 있다.For example, the electrode and the nanocrystal layer may be formed through an E-beam deposition process, a sputtering process, a CVD process, an ALD process, or the like in addition to a thermal evaporation process.
또한, 전극은 전체 구조상에 형성한 다음, 패터닝 공정을 통해 그 형상을 제작할 수도 있다. 즉, 기판의 상부에 도전성 물질을 형성한 다음, 마스크를 이용한 식각공정을 통해 전극을 제외한 영역의 도전성 물질을 제거하여 전극을 형성할 수도 있다. 또한, 습식 및 건식 산화 방식을 이용하여 산화 공정을 실시할 수도 있다. Further, the electrode may be formed on the entire structure, and then the shape may be formed through a patterning process. That is, an electrode may be formed by forming a conductive material on an upper portion of a substrate, and then removing a conductive material in an area excluding the electrode through an etching process using a mask. In addition, an oxidation process may be performed using a wet and dry oxidation method.
하기에서는 상술한 구성과 제조 방법에 의해 제작된 본 실시예의 메모리 소자의 동작 및 특성을 설명한다. The operation and characteristics of the memory device of this embodiment fabricated by the above-described structure and manufacturing method will be described below.
도 10은 일 실시예에 따른 메모리 소자의 전류 전압 특성을 나타낸 그래프이다. 10 is a graph showing a current-voltage characteristic of a memory device according to an embodiment.
여기서, 도 10은 유기물층으로 P3HT와 PCBM이 혼합된 유기물을 사용하고, Ni 나노 크리스탈층을 갖는 비휘발성 메모리 소자의 전압 전류 특성을 측정한 결과 그래프이다. 10 is a graph illustrating voltage current characteristics of a nonvolatile memory device having an Ni nanocrystal layer using an organic material in which P3HT and PCBM are mixed with an organic material layer.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자에 전 압을 인가할 경우, 도 10의 그래프와 같이 일정 전압 범위 내에서 여러 가지의 전류 상태(또는 저항 상태)를 갖는다.Referring to FIG. 10, when a voltage is applied to a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention, the device has various current states (or resistance states) within a constant voltage range as shown in the graph of FIG.
예를 들어, 하부 전극을 접지에 연결하고, 상부 전극은 소정 전압원에 연결하여 전압원의 전압을 양의 방향으로 순차적으로 증가시키게 되면, 일정 레벨의 전압(Vth)까지는 지수적으로 전류가 완만히 상승하는 고저항 상태(Ioff)를 갖는다. 이후, 일정 레벨 이상의 전압(즉, 임계 전압 또는 문턱 전압: Vth) 이상의 전압이 인가되면 전류가 급격하게 상승하는 저저항 상태(Ion)를 갖는다. 그리고, 전압을 계속 증가시켜 최대 전류 전원 전압(Vp) 이상을 인가하면 전압이 증가할수록 전류가 오히려 감소하는 부저항(Negative Differential Resistance: NDR) 상태를 갖는다. 계속하여 전압을 증가시키면 일정 전압(Ve) 부터 다시 전류가 증가하는 저저항 상태를 갖는다. 즉, 본 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자는 다양한 저항 상태를 갖고 있음을 알 수 있다. 여기서, 최대 전류 전압 전원(Vp)은 소자의 전류 흐름이 최대가 되는 지점을 지칭한다. 또는 부저항이 발생하기 시점의 전압을 지칭할 수도 있다.For example, when the lower electrode is connected to the ground and the upper electrode is connected to a predetermined voltage source to sequentially increase the voltage of the voltage source in the positive direction, the current gradually increases up to the voltage (V th ) Resistance state (I off ). Thereafter, when the voltage equal to or higher than a certain level (that is, the threshold voltage or the threshold voltage V th ) is applied, the current has a low resistance state (I on ) in which the current abruptly rises. When the voltage is continuously increased and the maximum current supply voltage (V p ) or more is applied, a negative differential resistance (NDR) state is obtained in which the current decreases as the voltage increases. When the voltage is continuously increased, it has a low resistance state in which the current again increases from a constant voltage (V e ). That is, it can be seen that the nonvolatile memory device according to the present embodiment has various resistance states. Here, the maximum current voltage power source (V p ) refers to the point where the current flow of the device becomes maximum. Or a voltage at the time when the negative resistance occurs.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 소자는 이러한 부저항 상태를 이용하여 단일 메모리 셀 내에서 다중레벨 셀(Multi-level cell)을 구현할 수도 있다. Thus, a memory device according to an embodiment of the present invention may implement a multi-level cell in a single memory cell using such a low resistance state.
나노 크리스탈층(50)과, 유기물층(30, 60) 간의 에너지 레벨 차에 의해 표면이 산화된 나노 크리스탈 내에 캐리어(즉, 전하)가 충전되지 않을 경우에는 소정 전압 레벨에서는 그 전류 흐름이 미세하게 증가한다. 하지만, 유기물층(30, 60)의 양단에 걸리는 전압이 임계 전압(Vth) 이상이면 표면이 산화된 나노 크리스탈 내에 캐리어가 충전되면서 전류 흐름이 급격하게 증가한다. 나노 크리스탈 내에 캐리어가 충전되어 있을 경우에는 충전되지 않은 경우에 비해 그 전류 흐름이 수십 배에서 수만 배에 이르게 된다. 그리고, 유기물층(30, 60)의 양단에 걸리는 전압이 부저항 영역 전압이면 나노 크리스탈 내에 캐리어가 부분적으로 방전(또는 부분적으로 충전)되어, 캐리어가 완전히 충전되어 있는 경우보다 낮고 충전되어 있지 않은 경우보다 중간 저항 상태의 높은 전류 흐름을 가질 수 있게 된다. 여기서, 부저항 영역(NDR) 이상의 전압(소거 전압: Ve)을 인가하면 나노 크리스탈층에 충전된 캐리어가 방전되어 충전되지 않은 상태로 변화한다. When the carrier (i.e., charge) is not charged in the surface-oxidized nanocrystal due to the difference in energy level between the
더욱이 본 실시예의 유기물층(30, 60)은 도너 물질과 억셉터 물질이 혼합된 유기물로 제작되었다. 따라서, 유기물층(30, 60) 내의 캐리어들의 이동이 호핑과 캐리어 전송에 의해 발생한다. 따라서, 캐리어 이동도를 증가시켜 캐리어 전송 효율을 증가할 수 있다. 또한, 나노 크리스탈에 충진되는 전하의 충진 확률을 증가시켜 소자의 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있다. Furthermore, the organic material layers 30 and 60 of the present embodiment are made of an organic material in which a donor material and an acceptor material are mixed. Therefore, movement of carriers in the
또한, 전압원의 전압을 음의 방향으로 순차적으로 증가시키게 되면, 일정 레벨의 전압까지는 전압에 대해 전류가 증가하다가, 일정 레벨 이상의 전압(문턱 전압: Vth)이 인가되면 전류가 급격하게 증가하게 된다. 즉, 문턱 전압(Vth) 이상의 전압이 인가되면 부저항 상태(NDR)가 발생하고 그 후 소거 전압(Ve) 이상의 전압에 대 해 전류가 증가한다. 이는 소자의 대칭적 구조로 인한 것으로, 이는 앞서 설명한 양의 방향 전압의 경우와 동일한 메커니즘이 작용하게 된다. Also, when the voltage of the voltage source is sequentially increased in the negative direction, the current increases with respect to the voltage up to a certain level, and the current sharply increases when a voltage higher than a certain level (threshold voltage: V th ) is applied . That is, when a voltage equal to or higher than the threshold voltage V th is applied, the negative resistance state NDR is generated and thereafter the current increases with respect to the voltage equal to or higher than the erase voltage V e . This is due to the symmetrical structure of the device, which has the same mechanism as in the case of positive directional voltages as described above.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 보유력(retention)과 내구성(endurance) 테스트 결과를 나타낸 그래프이다. 11 and 12 are graphs showing retention and endurance test results of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
도 11에서와 같이 P3HT와 PCBM이 혼합된 유기물층을 이용한 비휘발성 메모리 소자는 하나의 저항 상태를 메모리 하고, 이를 여러 번 읽기를 수행한 결과 105 주기 동안 각 상태를 안정적으로 유지하고 있다. 이때, 저저항 상태(Ion)과 고저항 상태(Ioff) 모두 안정적으로 유지함을 알 수 있다. 그리고, 저저항과 고저항 상태의 비(Ion/Ioff ration) 또한 0.39×102으로 그 차가 크게 유지됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 11, a nonvolatile memory device using an organic layer in which P3HT and PCBM are mixed has a single resistance state, which is read out several times. As a result, each state is stably maintained for 10 5 cycles. At this time, it can be seen that both the low resistance state Ion and the high resistance state Ioff are stably maintained. It is also seen that the ratio of the low resistance to the high resistance state (Ion / Ioffration) is also 0.39 × 10 2 , which is largely maintained.
그리고, 도 12에 도시된 바와 같이 비휘발성 메모리 소자에 데이터 쓰기, 읽기, 소거 및 읽기를 한 주기로 하여 상기 주기를 복수회 반복 측정한 내구성(endurance) 테스트를 통해 확인해 보아도 각 읽기 전압 인가시 저항 상태가 달라 전류 레벨이 명확하게 구분됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 12, when the data is read, erased, and read in the nonvolatile memory device, the endurance test is performed repeatedly, The current level is clearly divided.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms. In other words, the above-described embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete, and those skilled in the art will fully understand the scope of the invention, and the scope of the present invention should be understood by the appended claims .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 단면도.1 is a cross-sectional view of a non-volatile memory device according to one embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 단면도. 2 is a cross-sectional view of a non-volatile memory device according to another embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면. 3 to 8 are views for explaining a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 크리스탈층의 제조 방법을 설명하기 위한 개념 단면도.9 is a conceptual cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a nanocrystal layer according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 소자의 전류 전압 특성을 나타낸 그래프. 10 is a graph showing a current-voltage characteristic of a memory device according to an embodiment of the present invention.
도 11 및 도 12는 본 발명의 본 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 보유력(retention)과 내구성(endurance) 테스트 결과를 나타낸 그래프. 11 and 12 are graphs showing retention and endurance test results of the nonvolatile memory device according to the present embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
10 : 기판 20 : 하부 전극10: substrate 20: lower electrode
30 : 제 1 유기물층 50 : 나노 크리스탈층30: first organic layer 50: nanocrystal layer
50a : 나노 크리스탈 50b : 배리어 물질50a:
60 : 제 2 유기물층 70 : 상부 전극60: second organic material layer 70: upper electrode
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KR20050025088A (en) * | 2003-09-03 | 2005-03-11 | 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | Memory devices based on electric field programmable films |
KR100666760B1 (en) * | 2004-12-20 | 2007-01-09 | 한국화학연구원 | Nonvolatile memory organic thin film transistor and its fabrication methods |
KR20080067857A (en) * | 2007-01-17 | 2008-07-22 | 한양대학교 산학협력단 | Organic bistable memory devices and fabrication method thereof |
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