KR101537433B1 - Memristor Device including Resistance random access memory and Method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

멤리스터 소자 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 멤리스터 소자는 다양한 저항 스위칭 특성을 가지는 2 이상의 저항 변화 메모리 및 쇼트키(schottky) 다이오드를 포함하여 하나의 셀에서 필요에 따라 저항, 메모리 및 다이오드의 특성을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 멤리스터 소자의 제조방법은 상부 전극과 절연층과의 계면에서 발생하는 자발적인 산화 반응을 통해 형성된 저항 변화 메모리를 이용하고, 저항 변화 반도체층의 일부 영역에 금속층을 배치하여 쇼트키 다이오드를 형성함으로써 간단하고 용이하게 하나의 셀에 다수 개의 저항 변화 메모리와 다이오드를 포함하는 멤리스터 소자를 제조할 수 있다. Memristor elements and a method for manufacturing the same are disclosed. The MEMS device according to the present invention may include two or more resistance change memories and schottky diodes having various resistance switching characteristics to implement characteristics of resistors, memories, and diodes as required in one cell. The method of manufacturing a MEMS device according to the present invention uses a resistance change memory formed through a spontaneous oxidation reaction occurring at an interface between an upper electrode and an insulating layer, By forming the key diodes, a memristor device including a plurality of resistance change memories and diodes in one cell can be manufactured easily and easily.

Description

멤리스터 소자 및 이의 제조방법{Memristor Device including Resistance random access memory and Method of manufacturing the same}[0001] MEMBRSTER DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME [0002]

본 발명은 멤리스터 소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 저항 스위칭 특성을 가지는 2 이상의 저항 변화 메모리 및 쇼트키(schottky) 다이오드로 구성되는 멤리스터 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a memristor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a memristor device including two or more resistance change memories and schottky diodes having various resistance switching characteristics and a method of manufacturing the same.

멤리스터(Memristor)는 전하와 자속을 연결하는 나노 스케일의 수동소자로서, 전하의 양을 기억하고 기억된 전하량에 따라 저항이 변화하는 특성을 가진다.Memristor is a nano-scale passive device that connects a charge and a magnetic flux. The memristor memorizes the amount of charge and has a characteristic in which the resistance changes according to the stored amount of charge.

멤리스터는 레지스터(resistor), 커패시터(capacitor) 및 인덕터(inductor)와 함께 전기 회로의 기본 구성요소의 하나이다. 상기 멤리스터는 일반적으로 레지스터가 담당하는 다양한 역할을 수행하는 점에서는 상기 레지스터와 유사하나, 레지스터와는 다르게 인가된 전압의 방향과 크기에 따라 저항을 변경할 수 있으며, 전압이 차단되더라도 그의 저항을 기억하는 능력이 있다. 따라서, 멤리스터는 이를 이용하여 테라비트(terabit) 메모리, 신경망 회로 구성에 의한 결함 인정 소자 등 새로운 논리회로 구성을 가능하게 하는 신개념 소자이며, 나노 기술을 기반으로 하는 차세대 메모리 관련 분야에 속한다.Memistors, together with resistors, capacitors and inductors, are one of the basic components of electrical circuits. The memristor is generally similar to the resistor in that it plays various roles that the register plays, but it can change the resistance according to the direction and magnitude of the applied voltage differently from the resistor, There is an ability to. Therefore, the memristor is a new concept device that can construct a new logic circuit such as a terabit memory, a defect recognition device by a neural network circuit configuration, and belongs to the next generation memory related field based on nanotechnology.

한편, 개별 멤리스터는 다기능 트랜지스터의 역할을 수행할 수 있기 때문에 7개에서 12개까지의 트랜지스터들을 대신할 수 있으며, 에너지 소모 및 부팅 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 등 소자의 기능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 트랜지스터는 항상 전력을 필요로 하므로 누설 전류를 통한 전력 손실이 큰 반면, 멤리스터는 전력 없이도 기억을 유지할 수 있는 이점이 있다. On the other hand, since individual memristors can serve as multifunctional transistors, they can replace 7 to 12 transistors and can greatly improve device functions such as energy consumption and boot time. There is an advantage. In addition, the transistor always needs power, so the power loss through leakage current is large, while the memristor has the advantage that memory can be maintained without power.

종래의 멤리스터는 백색 페인트의 안료인 이산화티타늄 이중층으로 구성되며, 이를 통용되는 실리콘 반도체 칩 상에 추가하여 개량된 소자를 제조할 수 있다. 상기 멤리스터 배열은 100×100개의 도선들로 이루어진 십자 형태의 교차 지점에 형성된다. 즉, 두 도선들 사이의 각 교차 지점에는 이산화티타늄이 샌드위치 구조로 형성되어 있으며, 이는 멤리스터의 역할을 수행한다. 또한, 칩의 내부 장치들과 멤리스터와의 연결은 일련의 구리 연결선들이 담당한다. The conventional memristor is composed of a titanium dioxide double layer which is a pigment of white paint, and can be added to a commonly used silicon semiconductor chip to manufacture an improved device. The memristor arrangement is formed at a crossing point of a cross shape of 100 x 100 conductors. In other words, at each intersection between the two conductors, titanium dioxide is formed in a sandwich structure, which acts as a memorizer. In addition, a series of copper connectors are responsible for connecting the internal devices of the chip to the memristor.

그러나, 상기와 같은 구조의 멤리스터 1만개의 패턴을 통상적인 상보성 금속 산화물 반도체(Complementary metal oxide semiconductor, 이하 CMOS) 칩 상에 형성하는 경우, CMOS 칩의 표면이 매우 불규칙하여 0.01 mm 높이의 융기부를 평탄화하기 위해 복잡한 물리 화학적 연마가 필요한 기술적인 어려움이 따르는 문제점이 있었다. However, when 10,000 patterns of the memristor having the above structure are formed on a conventional complementary metal oxide semiconductor (CMOS) chip, the surface of the CMOS chip is very irregular, There has been a problem in that technical difficulties are involved in complicated physicochemical polishing for planarization.

한편, 특정 전류 및 온도범위에서 가역적인 스위칭 효과가 나타나는 나노입자를 이용하여 멤리스터의 특성에 관한 연구를 진행하였다. 대한민국 공개특허 제10-2010-0061405호에서는 화학적으로 합성된 나노입자 어셈블리 내부에 매우 적은 양의 전류를 가하는 경우에도 상온에서 매우 큰 저항 변화를 구현하여 전류량에 따른 저항값의 스위칭 효과와 전류 방향에 따라 저항값이 변하는 이력현상(Hysteresis)이 나타남을 확인하였으며, 이는 나노입자를 펠렛 형태(Pellet)로 제조하여 멤리스터를 간단하게 개발할 수 있는 가능성을 가시화하였다. 그러나, 나노입자를 이용한 멤리스터는 나노입자의 크기 및 표면의 특성 제어가 어려운 문제점이 있어 높은 성능을 가지는 기술의 개발이 여전히 필요한 실정이다. On the other hand, studies on the characteristics of memristor using nanoparticles showing reversible switching effect in a specific current and temperature range were carried out. Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0061405 discloses that even when a very small amount of current is applied inside a chemically synthesized nanoparticle assembly, a very large resistance change is realized at room temperature, Hysteresis was observed in which the resistance value was changed. This showed the possibility of simply developing the memristor by making the nanoparticles into a pellet (pellet). However, since the memristor using nanoparticles is difficult to control the size and surface characteristics of nanoparticles, it is still necessary to develop a technology having high performance.

또한, 차세대 비휘발성 메모리인 저항 변화 메모리(RRAM, Resistance Random Access Memory)를 이용하여 멤리스터 박막 소자를 제조하는 기술이 개시되었다[Nature materials vol 10, August 2011 p625-630]. 그러나, 이는 저항 변화 메모리 자체의 기능과 구별될 만한 차이점이 부족하여 멤리스터 고유의 기능에 대한 문제점이 제기되었다. In addition, a technique for manufacturing a thin film memory device using a resistive random access memory (RRAM), which is a next generation non-volatile memory, has been disclosed [Nature materials vol 10, August 2011 p625-630]. However, this lacks the differences that distinguish it from the function of the resistance change memory itself, posing a problem with the inherent function of the memristor.

이에 본 발명의 제1 목적은 다양한 저항 스위칭 특성을 가지는 2 이상의 저항 변화 메모리 및 쇼트키(schottky) 다이오드를 포함하는 멤리스터 소자를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a first object of the present invention to provide a memristor device including two or more resistance change memories and schottky diodes having various resistance switching characteristics.

또한, 본 발명의 제2 목적은 상부 전극과 절연층과의 계면에서 발생하는 자발적인 산화 반응을 통해 형성된 저항 변화 메모리와 저항 변화 반도체층의 일부 영역에 금속층을 배치하여 형성된 쇼트키 다이오드를 포함하는 멤리스터 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.A second object of the present invention is to provide a resistance change memory formed by a spontaneous oxidation reaction occurring at an interface between an upper electrode and an insulating layer, a memory including a Schottky diode formed by disposing a metal layer on a part of the resistance- And to provide a method of manufacturing a raster element.

상기의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성되는 하부 전극, 상기 하부 전극 상에 형성되며, 저항 변화 메모리 영역과 다이오드 영역을 가지는 저항 변화 반도체층, 상기 저항 변화 반도체층 상의 저항 변화 메모리 영역에 형성되는 절연층, 상기 절연층 내에 형성되는 양자점, 상기 절연층 상에 형성되며, 상기 절연층과 반응하여 금속 산화물층을 형성하는 상부 전극 및 상기 저항 변화 반도체층 상의 다이오드 영역에 형성되는 금속 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including: a substrate; a lower electrode formed on the substrate; a resistance-variable semiconductor layer formed on the lower electrode and having a resistance change memory region and a diode region; An upper electrode formed on the insulating layer and reacting with the insulating layer to form a metal oxide layer, and an upper electrode formed on the diode region on the resistance-variable semiconductor layer, And a metal electrode formed on the substrate.

또한, 상기의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극 상에 저항 변화 메모리 영역과 다이오드 영역을 가지는 저항 변화 반도체층을 형성하는 단계, 상기 저항 변화 반도체층 상의 저항 변화 메모리 영역에 양자점을 포함하는 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층 상에 상부 전극을 형성하는 단계 및 상기 저항 변화 반도체층 상의 다이오드 영역에 금속 전극을 배치하여 쇼트키 접합을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, including: forming a lower electrode on a substrate; forming a resistance-variable semiconductor layer having a resistance change memory region and a diode region on the lower electrode; Forming an insulating layer including quantum dots in a resistance change memory region on a semiconductor layer, forming an upper electrode on the insulating layer, and arranging a metal electrode in a diode region on the resistance variable semiconductor layer to form a Schottky junction The method comprising the steps of:

본 발명에 의한 멤리스터 소자는 다양한 저항 스위칭 특성을 가지는 2 이상의 저항 변화 메모리 및 쇼트키(schottky) 다이오드를 이용하여 하나의 셀에서 저항, 메모리 및 다이오드의 특성을 동시에 구현할 수 있는 효과가 있다.The MEMS device according to the present invention can simultaneously realize characteristics of a resistor, a memory and a diode in one cell by using two or more resistance change memories and schottky diodes having various resistance switching characteristics.

또한, 본 발명에 의한 멤리스터 소자의 제조방법은 고분자 절연체를 포함하는 절연층과 금속을 포함하는 상부 전극과의 사이에서 발생하는 자발적인 산화 반응을 통해 저항 변화 메모리 소자를 형성하고, 금속 산화물 반도체를 포함하는 저항 변화 반도체층의 일부 영역에 금속층을 배치하여 다이오드를 형성함으로써 간단하고 용이하게 저항 변화 메모리와 다이오드가 통합된 멤리스터 소자를 제조할 수 있는 효과가 있다. A method of manufacturing a MEMS device according to the present invention includes forming a resistance change memory element through a spontaneous oxidation reaction occurring between an insulating layer including a polymer insulator and an upper electrode including a metal, It is possible to manufacture a MEMSistor device in which a resistance change memory and a diode are integrated simply and easily by forming a diode by disposing a metal layer in a part of a region of the resistance-variable semiconductor layer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자를 나타내는 사시도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자의 제조방법을 나타내는 공정도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자의 에너지 밴드 다이어그램 및 소자 특성 분석을 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자를 구성하는 제1 저항 변화 메모리의 전류-전압(I-V) 특성을 나타내는 히스테리시스 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자를 구성하는 제2 저항 변화 메모리의 전류-전압(I-V) 특성을 나타내는 히스테리시스 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 멤리스터 소자를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 멤리스터 소자의 에너지 밴드 다이어그램 및 소자 특성 분석을 위한 회로도이다.
1 is a perspective view of a MEMSistor device according to an embodiment of the present invention.
2A to 2G are process diagrams illustrating a method of manufacturing a MEMSistor device according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram for analyzing an energy band diagram and device characteristics of a memristor device according to an embodiment of the present invention.
4 is a hysteresis graph showing current-voltage (IV) characteristics of a first resistance-change memory constituting a MEMS device according to an embodiment of the present invention.
5 is a hysteresis graph showing a current-voltage (IV) characteristic of a second resistance-change memory constituting a MEMSistor according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view illustrating a MEMSistor device according to another embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram for analyzing an energy band diagram and device characteristics of a MEMSistor device according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층들 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of the layers and regions are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 구성요소에 대해 유사한 참조부호를 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자를 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view of a MEMSistor device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자는 기판(100), 하부 전극(200), 저항 변화 메모리 영역(A)과 다이오드 영역(B)을 가지는 저항 변화 반도체층(300)이 순차적으로 형성되며, 상기 저항 변화 메모리 영역(A) 상에는 양자점(400)을 포함하는 절연층(500), 상부 전극(600)이 순차적으로 적층되며, 상기 다이오드 영역(B) 상에는 금속 전극(700)이 형성되어 저항 변화 메모리 및 쇼트키 다이오드가 통합된 구조를 가진다.1, a MEMS device according to an embodiment of the present invention includes a substrate 100, a lower electrode 200, a resistance change semiconductor layer 300 having a resistance change memory region A and a diode region B, An insulating layer 500 including a quantum dot 400 and an upper electrode 600 are sequentially stacked on the resistance change memory region A and a metal electrode 700) are formed and a resistance change memory and a Schottky diode are integrated.

상기 기판(100)은 소자를 지지하기 위해 사용된다. 예컨대, 상기 기판(100)은 투명하고 단단한(solid) 성질을 가지는 유리, 석영(quartz) 및 Al2O3 중에서 선택되는 무기물 기판일 수 있으며, 투명하고 플렉서블(flexible)한 성질을 가지는 PET(polyethylene terephthlate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate) 및 PAR(polyarylate) 중에서 선택되는 유기물 기판일 수 있다. The substrate 100 is used to support the device. For example, the substrate 100 may be an inorganic substrate selected from glass, quartz, and Al 2 O 3 having a transparent and solid nature, and may be made of PET (polyethylene), which is transparent and flexible terephthlate, polyethersulfone (PES), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN) and polyarylate.

상기 기판(100) 상에 형성되는 하부 전극(200)은 멤리스터 소자를 구성하는 저항 변화 메모리 소자의 하부 전극으로 사용되며, 전도성을 가지는 것으로 금속 계열 또는 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide)을 포함할 수 있다. 상기 금속은 Pt, Ru, Al, Ir, W 또는 Cu 일 수 있으며, 상기 투명 전도성 산화물은 ITO, 도핑된 ZnO(AZO: Al 도핑, GZO: Ga 도핑, IZO: In 도핑, IGZO: In 및 Ga 도핑, MZO: Mg 도핑), Al 또는 Ga가 도핑된 MgO, Sn이 도핑된 In2O3, F가 도핑된 SnO2 또는 Nb가 도핑된 TiO2 일 수 있다. The lower electrode 200 formed on the substrate 100 is used as a lower electrode of the resistance-variable memory device constituting the MEMS device. The lower electrode 200 has conductivity and includes a metal-based or transparent conducting oxide . The transparent conductive oxide may be at least one selected from the group consisting of ITO, doped ZnO (AZO: Al doped, GZO: Ga doped, IZO: In doped, IGZO: In and Ga doped , MZO: Mg doped), Al or Ga is doped MgO, Sn-doped In 2 O 3, SnO 2 doped with F Or the Nb-doped TiO 2 Lt; / RTI >

상기 하부 전극(200) 상에 형성되는 저항 변화 반도체층(300)은 저항 변화 메모리 영역(A)과 다이오드 영역(B)을 가진다. 즉, 상기 저항 변화 반도체층(300)은 멤리스터 소자를 구성하는 저항 변화 메모리 소자에서 전압 인가에 따라 전류가 흐르는 경로인 전도성 필라멘트(conducting filament)가 생성 또는 소멸되는 층으로서의 역할과 멤리스터 소자를 구성하는 쇼트키 다이오드에서 금속-반도체 접합을 형성하는 반도체층의 역할을 동시에 수행한다. The resistance variable semiconductor layer 300 formed on the lower electrode 200 has a resistance change memory region A and a diode region B. That is, the resistance-variable semiconductor layer 300 functions as a layer in which a conducting filament, which is a path through which a current flows in a resistance-variable memory device constituting a resistive element, is generated or destroyed, And serves as a semiconductor layer for forming a metal-semiconductor junction in the constituent Schottky diode.

따라서, 상기 저항 변화 반도체층(300)은 저항 스위칭 특성을 나타낼 수 있으며, 후술하는 금속 전극(700)과의 관계에서 쇼트키 접합을 형성하는 반도체의 성질을 나타낼 수 있는 다양한 물질들 중에서 선택될 수 있다.Thus, the resistance-variable semiconductor layer 300 may exhibit resistance-switching characteristics and may be selected from a variety of materials capable of exhibiting the properties of a semiconductor forming a Schottky junction in relation to a metal electrode 700 have.

예컨대, 상기 저항 변화 반도체층(300)은 2원계 금속산화물 계열 또는 페로브스카이트 산화물 계열을 포함할 수 있다. 상기 2원계 금속산화물 계열은 TiO2, NiO, ZnO, HfO2, SiO2, ZrO2, Al2O3, Y2O3, Ta2O5, Nb2O5를 포함할 수 있으며, 페로브스카이트막은 SrTiO3, BiFeO3, BaTiO3, LaMnO3, SrMnO3, PrTiO3을 포함할 수 있다. 또한 Pr1 - xCaxMnO3(0≤x≤1), La1 - xCaxMnO3(0≤x≤1)을 포함할 수 있다. For example, the resistance-variable semiconductor layer 300 may include a binary metal oxide series or a perovskite oxide series. The binary metal oxide series may include TiO 2 , NiO, ZnO, HfO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 , The skid film may include SrTiO 3 , BiFeO 3 , BaTiO 3 , LaMnO 3 , SrMnO 3 , and PrTiO 3 . And may include Pr 1 - x Ca x MnO 3 (0? X? 1) and La 1 - x Ca x MnO 3 (0? X? 1).

상기 저항 변화 반도체층(300) 상의 저항 변화 메모리 영역(A)에 형성되는 절연층(500)은 멤리스터 소자를 구성하는 저항 변화 메모리 소자에서 전압이 인가되는 경우 전하를 통과시키는 일종의 터널링 장벽으로서의 역할을 수행한다. The insulating layer 500 formed in the resistance-variable memory region A on the resistance-variable semiconductor layer 300 serves as a kind of tunneling barrier for passing charges when a voltage is applied in the resistance-variable memory element constituting the memristor element .

또한, 상기 절연층(500)은 상기 절연층(500) 상에 형성되는 상부 전극(600)과의 계면에서 발생하는 자발적인 산화 반응을 통해 금속 산화물층(미도시)을 형성하는 역할을 수행한다. 상기의 금속 산화물층으로 인해 절연층(500)과 상부 전극(600)의 계면에서도 저항 스위칭 특성이 일어나 저항 변화 메모리로서 기능할 수 있게 된다. The insulating layer 500 forms a metal oxide layer (not shown) through a spontaneous oxidation reaction occurring at an interface with the upper electrode 600 formed on the insulating layer 500. The metal oxide layer causes the resistance switching characteristic at the interface between the insulating layer 500 and the upper electrode 600 to function as a resistance change memory.

상기 절연층(500)은 상부 전극(600)과의 계면 반응을 위해 소프트(soft)한 특성을 가지도록 비교적 낮은 온도에서 짧은 시간동안 큐어링(curing)하는 것이 바람직한 바, 100℃ 내지 300℃에서 1시간 이내로 큐어링할 수 있다.The insulating layer 500 is preferably cured at a relatively low temperature for a short time so as to have a soft characteristic for an interface reaction with the upper electrode 600, You can cure within 1 hour.

예컨대, 상기 절연층(500)은 절연 특성을 가지는 유기물을 포함할 수 있으며, PES(polyethersulfone), PET(polyethylene terephthlate), PS(polystyrene), PI(polyimide) 또는 PMMA(poly(methyl methacrylate))를 포함하는 고분자 절연체일 수 있다. For example, the insulating layer 500 may include an organic material having an insulating property, and may be formed of a material such as polyethersulfone (PES), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polyimide (PI), or poly (methyl methacrylate) Polymeric insulator.

상기 절연층(500) 내의 하부 영역에 형성되는 양자점(400)은 깊은 양자 우물 내의 양자 준위에 전하를 포획하고, 인가되는 전압에 따라 전하의 이동을 차단 또는 통전하는 역할을 수행한다. 따라서, 멤리스터 소자를 구성하는 저항 변화 메모리는 특정 전압 영역대에서 비대칭형의 저항 스위칭 특성이 나타나게 된다. 상기 양자점(400)은 금속, 금속 실리사이드, 금속 산화물 또는 금속 산화물 반도체를 포함하며, 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.The quantum dot 400 formed in the lower region of the insulating layer 500 captures a charge at a quantum level in a deep quantum well and functions to block or energize the movement of charges according to the applied voltage. Therefore, the resistance change memory constituting the memristor element exhibits an asymmetrical resistance switching characteristic in a specific voltage region. The quantum dot 400 includes a metal, a metal silicide, a metal oxide, or a metal oxide semiconductor, and may be formed as a single layer or a multilayer.

예컨대, 상기 금속 양자점은 Au, Pt, Zn, Al, Co, W, Ni, Ag, Cd, Au, Ti, Sn, Te, Ge, Ga, Se 및 Fe 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있으며, 금속 실리사이드 양자점은 CoSi, NiSi, WSi, TiSi, V3Si2, MnSi. Cu5Si, CaSi, SrSi, YSi, Mg2Si, Ge2Si, Sn2Si, Pb2Si, SrSi2, ThSi2 및 PtSi 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있으며, 금속 산화물 또는 금속 산화물 반도체 양자점은 In2O3, CuO, Cu2O3, PbO, Bi12SiO20, ZnO2, SnO2, GaO, MgO, GeO, V2O5, BaO, SrO, Bi12GeO20, Bi12SiO20, Cd2SnO4, CdSnO3, GaO 및 Li3CuO3 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. For example, the metal quantum dots may be at least one selected from Au, Pt, Zn, Al, Co, W, Ni, Ag, Cd, Au, Ti, Sn, Te, Ge, silicide quantum dots CoSi, NiSi, WSi, TiSi, V 3 Si 2, MnSi. Cu 5 Si, CaSi, SrSi, YSi, Mg 2 Si, Ge 2 Si, Sn 2 Si, Pb 2 Si, SrSi 2 , ThSi 2 And PtSi. The metal oxide or metal oxide semiconductor quantum dots may be at least one selected from the group consisting of In 2 O 3 , CuO, Cu 2 O 3 , PbO, Bi 12 SiO 20 , ZnO 2 , SnO 2 , GaO, MgO, GeO , V 2 O 5 , BaO, SrO, Bi 12 GeO 20 , Bi 12 SiO 20 , Cd 2 SnO 4 , CdSnO 3 , GaO and Li 3 CuO 3 And the like.

상기 절연층(500) 상에 형성되는 상부 전극(600)은 멤리스터 소자를 구성하는 저항 변화 메모리의 상부 전극으로 기능한다. 또한, 상술한 절연층(500)과의 계면에서 발생하는 자발적인 산화 반응을 통해 금속 산화물층(미도시)을 형성하는 역할을 수행한다. 상기의 금속 산화물층으로 인해 절연층(500)과 상부 전극(600)의 계면에서도 저항 스위칭 특성이 일어나 저항 변화 메모리로서 기능할 수 있게 된다.The upper electrode 600 formed on the insulating layer 500 functions as an upper electrode of the resistance change memory constituting the memristor element. In addition, it plays a role of forming a metal oxide layer (not shown) by spontaneous oxidation reaction occurring at the interface with the insulating layer 500 described above. The metal oxide layer causes the resistance switching characteristic at the interface between the insulating layer 500 and the upper electrode 600 to function as a resistance change memory.

상기 상부 전극(600)은 절연층(500)과의 계면 반응을 위해 상기 절연층(500)과 반응하여 산화물을 형성하기 용이한 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 상부 전극(600)은 Al, In, Sn, Zn, Cu, Mn, Ni, Co, Fe 및 V를 포함하는 금속 계열 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. The upper electrode 600 preferably includes a metal that reacts with the insulating layer 500 to form an oxide for an interface reaction with the insulating layer 500. For example, the upper electrode 600 may be any metal selected from the group consisting of Al, In, Sn, Zn, Cu, Mn, Ni, Co,

상기 저항 변화 반도체층(300) 상의 다이오드 영역(B)에 형성되는 금속 전극(700)은 저항 변화 반도체층(300)과의 관계에서 금속-반도체 접합을 형성하여 쇼트키 다이오드로서 동작할 수 있도록 일함수가 큰 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 금속 전극(700)은 In, Au 및 Pt 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The metal electrode 700 formed in the diode region B on the resistance-variable semiconductor layer 300 may be formed by forming a metal-semiconductor junction in the relationship with the resistance-variable semiconductor layer 300, It is preferable that the function is formed of a large metal. For example, the metal electrode 700 may be any one selected from the group consisting of In, Au, and Pt.

따라서, 본 발명의 실시예에 의한 멤리스터 소자는 하부 전극(200)/저항 변화 반도체층(300)/양자점(400)/절연층(500)/금속 산화물층(미도시)/상부 전극(600)으로 구성되는 제1 저항 변화 메모리와, 상기 절연층(500)과 상부 전극(600)의 계면에서 형성되는 금속 산화물층(미도시)/상부 전극(600)을 포함하는 제2 저항 변화 메모리를 가지는 저항 변화 메모리 영역(A) 및 상기 저항 변화 반도체층(300)의 일부 영역에서 저항 변화 반도체층(300)-금속 전극(700)으로 반도체-금속 접합을 가지는 쇼트키 다이오드를 가지는 다이오드 영역(B)을 포함하는 하나의 셀로 구성된다. The MEMS device according to an embodiment of the present invention includes a lower electrode 200, a resistance-variable semiconductor layer 300, a quantum dot 400, an insulating layer 500, a metal oxide layer (not shown), and an upper electrode 600 And a second resistance change memory including a metal oxide layer (not shown) / an upper electrode 600 formed at the interface between the insulating layer 500 and the upper electrode 600, (B) having a schottky diode having a semiconductor-metal junction as the metal electrode (700) and the resistance-variable semiconductor region (300) in a region of the resistance-variable semiconductor layer ). ≪ / RTI >

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자는 하나의 기판 상에 제1 저항 변화 메모리, 제2 저항 변화 메모리 및 쇼트키 다이오드가 통합된 구조를 가지는 바, 상기 쇼트키 다이오드로 그 특성을 제어할 수 있다. 또한, 상기 멤리스터 소자는 다수개의 터미널 단자를 가지므로, 이를 다양하게 컨택하여 용도에 맞게 저항, 메모리 또는 다이오드로서 사용할 수 있다. As described above, the MEMS device according to one embodiment of the present invention has a structure in which a first resistance-change memory, a second resistance-change memory, and a Schottky diode are integrated on one substrate, and the Schottky diode The characteristics can be controlled. In addition, since the memristor device has a plurality of terminal terminals, it can be used as a resistor, a memory, or a diode according to various applications by variously contacting the terminals.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자의 제조방법을 나타내는 공정도들이다. 2A to 2G are process diagrams illustrating a method of manufacturing a MEMSistor device according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 기판(100) 상에 하부 전극(200)을 형성한다. 이는 저항 변화 메모리의 하부 전극으로 사용되며, 열기상 증착, 전자빔 증착, RF 스퍼터링법 또는 마그네트론 스퍼터링법 등을 통해 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2A, a lower electrode 200 is formed on a substrate 100. This is used as a lower electrode of the resistance change memory and can be formed through thermal vapor deposition, electron beam deposition, RF sputtering, magnetron sputtering, or the like.

상기 기판(100)은 투명하고 솔리드(solid)한 특성을 가지는 무기물 기판일 수 있으며, 투명하고 플렉서블(flexible)한 특성을 가지는 유기물 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(100) 상에 형성되는 하부 전극(200)은 전도성을 가지는 금속 또는 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 상기 하부 전극(200)은 크로스 포인트(cross-point) 형태를 가지도록 일정한 간격을 두고 이격 형성할 수 있다. The substrate 100 may be an inorganic substrate having a transparent and solid characteristic, and may be an organic substrate having a transparent and flexible characteristic. In addition, the lower electrode 200 formed on the substrate 100 may include a conductive metal or a transparent conductive oxide. The lower electrodes 200 may be spaced apart at regular intervals to have a cross-point shape.

도 2b를 참조하면, 하부 전극(200) 상에 저항 변화 반도체층(300)을 형성한다. 상기 저항 변화 반도체층(300)은 스퍼터링법, 펄스레이저 증착법(PLD), 증발법(Thermal Evaporation), 전자빔 증발법(Electron-beam Evaporation) 등과 같은 물리적 기상 증착법(PVD, Physical Vapor Deposition) 또는 화학적 기상 증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition) 등을 사용하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 2B, the resistance-variable semiconductor layer 300 is formed on the lower electrode 200. The resistance variable semiconductor layer 300 may be formed by a physical vapor deposition (PVD) method such as a sputtering method, a pulsed laser deposition method (PLD), a thermal evaporation method, an electron beam evaporation method, And may be formed using CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like.

이 때, 저항 변화 반도체층(300)은 소자 제조 공정을 용이하게 하기 위하여 1nm 내지 500nm의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 크로스-포인트 형태의 메모리 소자를 형성하기 위하여 리소그래피 및 식각 공정을 통해 일정 거리 이격 배치된 기둥 형태로 형성할 수도 있다. 상기 저항 변화 반도체층(300)은 2원계 금속산화물 계열 또는 페로브스카이트 산화물 계열을 포함할 수 있다. In order to facilitate the device manufacturing process, the resistance-variable semiconductor layer 300 preferably has a thickness of 1 nm to 500 nm. In order to form the memory device of the cross-point type, the resistance- Or may be formed in a columnar arrangement. The resistance-variable semiconductor layer 300 may include a binary metal oxide series or a perovskite oxide series.

도 2c를 참조하면, 양자점을 형성하기 위하여 저항 변화 반도체층(300) 상에 금속층(400a)을 형성한다. 이 때, 후술하는 다이오드를 형성하기 위해 상기 금속층(400a)은 상기 저항 변화 반도체층(300)의 일부 영역에 형성됨이 바람직하다. 즉, 상기 저항 변화 반도체층(300)의 일부가 노출되도록 금속층(400a)을 형성한다. Referring to FIG. 2C, a metal layer 400a is formed on the resistance-variable semiconductor layer 300 to form quantum dots. In this case, the metal layer 400a may be formed in a part of the resistance-variable semiconductor layer 300 to form a diode, which will be described later. That is, the metal layer 400a is formed such that a part of the resistance variable semiconductor layer 300 is exposed.

상기 금속층(400a)은 물리적 기상 증착법 또는 화학적 기상 증착법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 금속층(400a)은 1nm 내지 5nm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 금속층(400a)의 두께가 얇을수록 양자점(400)의 크기는 작아지며, 금속층(400a)의 두께가 두꺼울수록 양자점의 크기는 커지므로, 상기 금속층(400a)의 두께는 이후 공정에서 상기 금속층(400a)이 변화되어 양자점을 형성할 때, 양자점의 크기를 제어할 수 있는 두께로 형성되는 것이 바람직하다. The metal layer 400a may be formed using a physical vapor deposition method or a chemical vapor deposition method. The metal layer 400a is preferably formed to a thickness of 1 nm to 5 nm. As the thickness of the metal layer 400a decreases, the size of the quantum dot 400 becomes smaller. When the thickness of the metal layer 400a increases, the size of the quantum dot becomes larger. When the metal layer 400a is changed to form quantum dots, it is preferable that the thickness of the metal layer 400a can be controlled to control the size of the quantum dots.

상기 금속층(400a)은 후술하는 절연체 전구체층(500a)과 반응하여 양자점을 형성할 수 있는 Au, Pt, Zn, Al, Co, W, Ni, Ag, Cd, Au, Ti, Sn, Te, Ge, Ga, Se, Fe, V, Mn, Cu, Ca, Sr, Y, Mg, Pb, Ba 및 Li 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 크로스-포인트 형태의 메모리 소자를 형성하기 위하여 일정 거리 이격 배치된 기둥 형태로 형성되는 저항 변화 반도체층(300) 상에 금속층(400a)을 형성할 수도 있다. The metal layer 400a may be formed of Au, Pt, Zn, Al, Co, W, Ni, Ag, Cd, Au, Ti, Sn, Te, and Ge which can react with the insulator precursor layer 500a described later to form quantum dots. , Ga, Se, Fe, V, Mn, Cu, Ca, Sr, Y, Mg, Pb, Ba and Li. In addition, the metal layer 400a may be formed on the resistance-variable semiconductor layer 300, which is formed in a columnar shape and spaced apart by a predetermined distance, to form a memory element of a cross-point type.

도 2d를 참조하면, 양자점을 형성하기 위하여 금속층(400a) 상에 절연체 전구체층(500a)을 형성한다. 상기 절연체 전구체층(500a)은 스핀 코팅법으로 형성할 수 있으며, 10nm 내지 50nm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 절연체 전구체의 용매에 대한 wt% 비율을 조절하여 상기 두께를 제어할 수 있다. 상기 절연체 전구체층(500a)은 폴리이미드 전구체층일 수 있다. Referring to FIG. 2D, an insulator precursor layer 500a is formed on the metal layer 400a to form quantum dots. The insulator precursor layer 500a may be formed by a spin coating method, and is preferably formed to a thickness of 10 nm to 50 nm. At this time, the thickness can be controlled by adjusting the wt% ratio of the insulator precursor to the solvent. The insulator precursor layer 500a may be a polyimide precursor layer.

상기 폴리이미드 전구체층은 BPDA-PDA(poly(p-phenylene biphenylene carboximide)), PMDA-PDA(poly(p-phenylene pyromellitimide)), ODPA-PDA(poly(p-phenylene 3,3',4,4'-oxydiphthalimide)), 6FDA-PDA(poly(p-phenylene 4,4'-hexafluoro isopropylidene diphthalimide)), BTDA-ODA(3,3',4,4'-Benzophenonetetracarboxylic dianhydride-4,4'-oxydianiline), DMAc(Dimethylacetamide), BDSDA-ODA(4,4'-bis(3,4-dicarboxyphenoxy)diphenylsulfide-oxydianhydride), DSDA(3,3',4,4'-diphenylsulfone tetracarboxylic acid dianhydride), BPDA-Bz (poly(4,4'-biphenylene biphenyltetracarboximide), TMA-PPD(trimellitic anhydride-p-phenylene diamine) 또는 ODA-PI (4,4'-oxydianiline-polyimide)를 함유할 수 있다. The polyimide precursor layer may be formed of at least one selected from the group consisting of BPDA-PDA (poly (p-phenylene biphenylene carboximide)), PMDA-PDA (poly (p-phenylene pyromellitimide), ODPA-PDA '-oxydiphthalimide), 6FDA-PDA (poly (p-phenylene 4,4'-hexafluoro isopropylidene diphthalimide)), BTDA-ODA (3,3', 4,4'-Benzophenonetetracarboxylic dianhydride-4,4'-oxydianiline) , DMAc (Dimethylacetamide), BDSDA-ODA (4,4'-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenylsulfide-oxydianhydride), DSDA (3,3 ', 4,4'- diphenylsulfone tetracarboxylic acid dianhydride), BPDA-Bz poly (4,4'-biphenylene biphenyltetracarboximide), TMA-PPD (trimellitic anhydride-p-phenylene diamine) or ODA-PI (4,4'-oxydianiline-polyimide).

이 때, PES(polyethersulfone) 기판과 같이 화학적 내성이 약한 유기물 기판을 사용하는 경우 기판의 보호를 위하여 포토 레지스트 물질을 기판 상에 도포하고 양자점이 형성된 표면을 노출시켜 스핀 코팅법으로 폴리이미드 전구체층을 형성하는 것이 바람직하다. In this case, when an organic substrate having a weak chemical resistance such as a polyethersulfone (PES) substrate is used, a photoresist material is coated on the substrate to protect the substrate, the surface having the quantum dot is exposed, and the polyimide precursor layer .

도 2e를 참조하면, 상기 절연체 전구체층(500a)이 형성된 기판(100)을 열처리하면 상기 금속층(400a)은 상기 절연체 전구체층(500a)과 반응하여 양자점(400)을 형성하고, 상기 절연체 전구체층(500a)은 상기 금속층(400a)과 반응하여 절연층(500)을 형성한다. 상기 열처리 전에 소프트 베이킹(soft baking) 공정을 수행하여 상기 절연체 전구체층(500a) 내의 용매를 제거할 수 있으며, 상기 소프트 베이킹은 125℃ 내지 135℃의 온도에서 10분 내지 60분 동안 수행될 수 있다.2E, when the substrate 100 on which the insulator precursor layer 500a is formed is heat-treated, the metal layer 400a reacts with the insulator precursor layer 500a to form quantum dots 400, (500a) reacts with the metal layer (400a) to form an insulating layer (500). A soft baking process may be performed prior to the heat treatment to remove the solvent in the insulator precursor layer 500a, and the soft bake may be performed at a temperature of 125 ° C to 135 ° C for 10 minutes to 60 minutes .

또한, 상기 열처리는 절연층(500)을 형성하기 위한 큐어링(curing) 공정일 수 있다. 이 때, 상기 절연층(500)은 상기 절연층(500) 상에 형성되는 상부 전극(600)과의 계면 산화 반응을 위하여 충분히 경화되지 않은 상태로서 소프트(soft)한 특성을 가지도록 100℃ 내지 300℃의 온도에서 10분 내지 60분간 상기 열처리를 수행하는 것이 바람직하다. In addition, the heat treatment may be a curing process for forming the insulating layer 500. At this time, the insulating layer 500 is not sufficiently hardened for the interfacial oxidation reaction with the upper electrode 600 formed on the insulating layer 500, It is preferable that the heat treatment is performed at a temperature of 300 DEG C for 10 minutes to 60 minutes.

그러나, 양자점을 형성하기 위한 공정은 이에 한정되는 것은 아니며, 증발법(thermal evaporation)으로 금속층(400a)을 증착한 후, 대기 중에 노출시킴으로써 산소와의 산화 반응을 이용하여 형성할 수 있다. However, the process for forming the quantum dots is not limited thereto, and the metal layer 400a may be deposited by thermal evaporation and then exposed to the atmosphere, thereby forming the metal layer 400a using an oxidation reaction with oxygen.

도 2f를 참조하면, 절연층(500) 상에 상부 전극(600a, 600b)을 형성한다. 상기 상부 전극(600a, 600b)은 동종 또는 이종의 물질로 형성될 수 있으며, 절연층(500)과의 계면 반응을 위해 상기 절연층(500)과 반응하여 산화물을 형성하기 용이한 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 상부 전극(600a, 600b)은 Al, In, Sn, Zn, Cu, Mn, Ni, Co, Fe 및 V를 포함하는 금속 계열 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. Referring to FIG. 2F, upper electrodes 600a and 600b are formed on the insulating layer 500. FIG. The upper electrodes 600a and 600b may be formed of the same or different materials and may include a metal that reacts with the insulating layer 500 to form an oxide for an interface reaction with the insulating layer 500 . For example, the upper electrodes 600a and 600b may be any one selected from a metal series including Al, In, Sn, Zn, Cu, Mn, Ni, Co,

상기 상부 전극(600a, 600b)은 열기상 증착, 전자빔 증착, RF 스퍼터링법 또는 마그네트론 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이 때, 상기 상부 전극(600a, 600b)은 크로스 포인트(cross-point) 형태의 메모리 소자를 제조하기 위하여 상술한 하부 전극(200)과 수직 교차하게 형성할 수 있다. The upper electrodes 600a and 600b may be formed using thermal vapor deposition, electron beam deposition, RF sputtering, or magnetron sputtering. In this case, the upper electrodes 600a and 600b may be formed so as to be perpendicular to the lower electrode 200 in order to manufacture a cross-point type memory device.

도 2g를 참조하면, 상기 노출된 저항 변화 반도체층(300)의 영역에 다이오드용 금속 전극(700)을 형성하여 금속-반도체의 접합으로 이루어지는 쇼트키 다이오드를 제조한다. 상기 금속 전극(700)은 스퍼터링 또는 증발법으로 형성될 수 있으며, 저항 변화 반도체층(300)과의 관계에서 금속-반도체 접합을 형성하여 쇼트키 다이오드로서 동작할 수 있도록 일함수가 큰 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 금속 전극(700)은 In, Au 및 Pt 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. Referring to FIG. 2G, a metal electrode 700 for a diode is formed in the region of the exposed resistance-variable semiconductor layer 300 to fabricate a Schottky diode comprising a metal-semiconductor junction. The metal electrode 700 may be formed by a sputtering or evaporation method and may be formed of a metal having a large work function so as to function as a Schottky diode by forming a metal- . For example, the metal electrode 700 may be any one selected from the group consisting of In, Au, and Pt.

또한, 소자를 지지, 보호하고, 소자의 구조적 안정성을 유지하기 위해 보호막(미도시)으로 소자의 내부 공간을 충진할 수 있다. 상기 보호막은 PI(polyimide) 또는 PMMA(poly(methyl methacrylate))를 포함하는 고분자 절연체일 수 있다.
In addition, the inner space of the device can be filled with a protective film (not shown) to support and protect the device and to maintain the structural stability of the device. The protective layer may be a polymer insulator including polyimide (PI) or poly (methyl methacrylate) (PMMA).

실험예Experimental Example

PES 기판 상에 ITO 투명 전극을 형성하였다. 이어서, 상기 ITO 투명 전극 상에 초고진공 스퍼터링법을 이용하여 160nm 두께의 ZnO층을 증착하였다. 이 때 초기 진공상태는 5x10-10 Torr이며, 증착 진공도는 2x10-3 Torr였다. 또한 Ar 가스의 유량은 10 sccm이며 RF 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 50W로 증착하였다. 이후, 상기 ZnO층 상에 증발법을 이용하여 5nm의 두께로 Sn 금속층을 증착하고, 대기중에 노출시켜 SnO2 양자점을 형성하였다. 이후, 폴리이미드 전구체인 BPDA-PDA에 비휘발성 용매인 NMP(N-Methyl pyrrolidone)을 1:3 wt%의 비율로 섞은 혼합 용액을 50nm의 두께로 스핀 코팅하여 폴리이미드 전구체층을 형성하였다. 이어서, 핫플레이트(hot plate)에서 125℃로 30분간 소프트베이킹(soft baking)하여 용매를 제거하고, 질소분위기에서 200℃로 30분동안 큐어링하여 상기 폴리이미드 전구체층을 표면이 소프트한 폴리이미드(PI)층으로 형성하였다. 이어서 상기 폴리이미드층 상에 증발법을 이용하여 Al 전극을 200nm 두께로 형성하였다. 이후, ZnO층 상에 In 전극을 배치하여 쇼트키 다이오드를 형성함으로써 멤리스터 소자를 완성한다.
An ITO transparent electrode was formed on the PES substrate. Subsequently, a 160 nm thick ZnO layer was deposited on the ITO transparent electrode by ultra-high vacuum sputtering. At this time, the initial vacuum state was 5 × 10 -10 Torr and the deposition vacuum was 2 × 10 -3 Torr. The flow rate of the Ar gas was 10 sccm, and the deposition was carried out at 50 W using RF magnetron sputtering. Thereafter, an Sn metal layer was deposited on the ZnO layer to a thickness of 5 nm by evaporation, and exposed to the atmosphere to form SnO 2 Quantum dots were formed. Then, a polyimide precursor layer was formed by spin-coating a mixed solution of BPDA-PDA, which is a polyimide precursor, and NMP (N-methyl pyrrolidone), which is a nonvolatile solvent, in a ratio of 1: 3 wt% to a thickness of 50 nm. Subsequently, the solvent was removed by soft baking at 125 DEG C for 30 minutes on a hot plate, and curing was performed at 200 DEG C for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to form a polyimide precursor layer having a soft polyimide surface (PI) layer. Next, on the polyimide layer, an Al electrode was formed to a thickness of 200 nm by evaporation. Thereafter, an In electrode is disposed on the ZnO layer to form a Schottky diode, thereby completing the MEMSistor device.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자의 에너지 밴드 다이어그램 및 소자 특성 분석을 위한 회로도이다.3 is a circuit diagram for analyzing an energy band diagram and device characteristics of a memristor device according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 3을 참조하면, 절연층(500)으로 인하여 HOMO(highest occupied molecular orbital) 및 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 사이에 밴드갭이 형성되고, 상부 전극(600)과 절연층(500)의 계면에 금속 산화 반응으로 인하여 금속 산화물층이 형성된다. 1 and 3, a bandgap is formed between a highest occupied molecular orbital (HOMO) and a lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) due to the insulating layer 500, and an upper electrode 600 and an insulating layer 500 are formed. A metal oxide layer is formed due to the metal oxidation reaction at the interface of the metal oxide layer.

회로 11은 상기 절연층(500)과 상부 전극(600)의 계면에서 형성되는 금속 산화물층(미도시)/상부 전극(600)을 포함하는 제2 저항 변화 메모리를 나타내며, 회로 3은 하부 전극(200)/저항 변화 반도체층(300)/양자점(400)/절연층(500)/금속 산화물층(미도시)/상부 전극(600)으로 구성되는 제1 저항 변화 메모리를 나타낸다. 상기 제1 저항 변화 메모리 및 제2 저항 변화 메모리는 쇼트키 다이오드를 통해 회로적으로 연결되며, 상기 쇼트키 다이오드로 그 특성을 제어할 수 있다. Circuit 11 represents a second resistance-change memory including a metal oxide layer (not shown) / upper electrode 600 formed at the interface between the insulating layer 500 and the upper electrode 600. The circuit 3 includes a lower electrode A first resistance change memory made up of a resistance variable semiconductor layer 300, a quantum dot 400, an insulating layer 500, a metal oxide layer (not shown), and an upper electrode 600. The first resistance-change memory and the second resistance-change memory are connected in circuit through a Schottky diode, and the Schottky diode can control the characteristics thereof.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자를 구성하는 제1 저항 변화 메모리의 전류-전압(I-V) 특성을 나타내는 히스테리시스 그래프이다.4 is a hysteresis graph showing current-voltage (I-V) characteristics of a first resistance-change memory constituting a MEMSistor according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 전압 스윕(sweep)을 -4V 내지 4V의 범위로 하여 20회 실시한 전류-전압 특성 곡선에서, 하부 전극/저항 변화 반도체층/양자점/절연층/금속 산화물층/상부 전극으로 구성되는 제1 저항 변화 메모리는 비대칭(asymmetric)적인 바이폴라 형태의 저항 스위칭 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, in a current-voltage characteristic curve obtained by performing a voltage sweep 20 times in the range of -4 V to 4 V, the lower electrode / resistance variable semiconductor layer / quantum dot / insulating layer / metal oxide layer / upper electrode It can be seen that the first resistance change memory constituted asymmetrically exhibits a bipolar resistance switching characteristic.

고저항 상태(HRS; High Resistance State) 와 저저항 상태(LRS; Low Resistance State) 는 1V인 경우 8.0x10-5A와 4.3x10-6 A인 것을 확인할 수 있으며, 문턱전압과 이 때의 전류는 각각 Vth1의 경우 0.7V에서 2.25x10-9A이고, Vth2의 경우 3 V에서 3.8x10-8A임을 확인할 수 있다. It can be seen that the high resistance state (HRS) and the low resistance state (LRS) are 8.0 × 10 -5 A and 4.3 × 10 -6 A at 1 V, and the threshold voltage and the current at this time and 2.25x10 -9 a in each case of 0.7V V th1, is found to be 3.8x10 -8 a at 3 V for V th2.

또한, LRS/HRS 비율은 1V 일 때 1.8x104 임을 알 수 있다. 상기와 같이 큰 저항 변화가 나타난 이유는 절연층 내부에 형성된 양자점에 의한 양자 구속 효과(quantum confinement effect) 및 쿨롱 차폐 효과(coulomb blockade effect)에 의한 저항 변화 효과와 더불어 저항 변화 반도체층 내부에 존재하는 산소 이온의 이동 때문인 것으로 풀이된다. Also, the LRS / HRS ratio is 1.8x10 4 at 1V. The reason for the large change in resistance as described above is that the resistance change effect by the quantum confinement effect and the coulomb blockade effect due to the quantum dot formed in the insulating layer, Oxygen Ion migration.

0V에서 4V로 전압을 인가하면 저항 변화 반도체층 내부의 산소 공공에 의한 산소 이온의 이동이 시작되면서 전하들이 양자점에 구속된다. 시간이 가면서 저장된 전하에 의하여 양자점에 더 이상 전하가 구속되지 못하는 쿨롱 차폐 효과가 발생하여 높은 저항이 유지되고, 문턱전압(Vth2)에 도달하면 인가된 전압에 의하여 절연층을 통과하여 전류가 흐르게 된다. 또한 4V에서 0V로 전압이 인가되면 F-N(Fowler-Nordheim) 터널링에 의하여 전하들이 절연층을 통과하며, 문턱전압(Vth1)에 도달하면 절연층에 의하여 전하의 흐름이 억제되고, 양자점에 의하여 저장된 전하에 의한 양자 구속 효과로 인해 비대칭적인 바이폴라 형태의 저항 스위칭 효과가 관찰되게 된다. When a voltage is applied from 0V to 4V, the movement of oxygen ions by the oxygen vacancies inside the resistance variable semiconductor layer starts and the charges are confined to the quantum dots. A coulombic shielding effect that no more charge is constrained to the quantum dots by the stored charge with time increases and a high resistance is maintained. When the threshold voltage (V th2 ) is reached, a current flows through the insulating layer by an applied voltage do. When a voltage of 4 V to 0 V is applied, charges are passed through the insulating layer by FN (Fowler-Nordheim) tunneling. When the voltage reaches 4 V to the threshold voltage (V th1 ), the charge flow is suppressed by the insulating layer, Asymmetric bipolar resistance switching effect is observed due to the quantum confinement effect by the charge.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤리스터 소자를 구성하는 제2 저항 변화 메모리의 전류-전압(I-V) 특성을 나타내는 히스테리시스 그래프이다.5 is a hysteresis graph showing current-voltage (I-V) characteristics of the second resistance-change memory constituting the memristor device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 전압 스윕(sweep)을 -4V 내지 4V의 범위로 하여 20회 실시한 전류-전압 특성 곡선에서, 절연층과 상부 전극의 계면에서 형성되는 금속 산화물층(미도시)/상부 전극으로 구성되는 제2 저항 변화 메모리 구조는 바이폴라(bipolar) 형태의 저항 스위칭 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 최대 및 최소 전류값은 4V에서 4x10-4A, 0V에서 9.3x10-9A임을 확인할 수 있다. 또한 0V 내지 4V의 전압 영역대에서 전류의 온/오프(on/off) 비는 2.45이다. 5, a metal oxide layer (not shown) / upper electrode (not shown) formed at the interface between the insulating layer and the upper electrode in a current-voltage characteristic curve obtained by performing a voltage sweep 20 times in the range of -4V to 4V The second resistance-change memory structure having a bipolar-type resistance switching characteristic can be confirmed. In this case, the maximum and minimum current values are 4 × 10 -4 A at 4 V and 9.3 × 10 -9 A at 0 V, respectively. Also, the on / off ratio of the current in the voltage range of 0 V to 4 V is 2.45.

상기와 같이 상부 전극/금속 산화물층/절연층 구조에서 저항 스위칭 특성이 나타나는 것은 충분히 경화되지 않아 소프트한 상태의 절연층과 산화물 형성이 용이한 금속 전극의 계면에서 자발적인 산화 반응이 일어나 금속 산화물층이 형성되었기 때문인 것으로 풀이된다.In the upper electrode / metal oxide layer / insulation layer structure as described above, the resistance switching characteristic is not sufficiently cured, so that spontaneous oxidation occurs at the interface between the soft insulation layer and the metal electrode which is easy to form an oxide, It is said that it is because it was formed.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 멤리스터 소자를 나타내는 사시도이다.6 is a perspective view illustrating a MEMSistor device according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 멤리스터 소자는 기판(100), 하부 전극(200), 저항 변화 메모리 영역(A)과 다이오드 영역(B)을 가지는 저항 변화 반도체층(300)이 순차적으로 적층되며, 상기 저항 변화 메모리 영역(A)에 양자점(400)을 포함하는 절연층(500), 이종의 물질로 형성되는 제1 상부 전극 및 제2 상부 전극(600a, 600b)이 형성되고, 상기 저항 변화 반도체층(300)의 다이오드 영역(B)에 금속 전극(700)이 형성되어 하나의 셀을 구성한다. 6, a MEMS device according to another embodiment of the present invention includes a substrate 100, a lower electrode 200, a resistance change semiconductor layer 300 having a resistance change memory region A and a diode region B The insulating layer 500 including the quantum dots 400 in the resistance change memory region A, the first upper electrode and the second upper electrodes 600a and 600b formed of different materials are stacked in this order, And the metal electrode 700 is formed in the diode region B of the resistance variable semiconductor layer 300 to form one cell.

따라서, 하나의 셀에 제1 저항 변화 메모리, 제2 저항 변화 메모리, 제3 저항 변화 메모리, 제4 저항 변화 메모리 및 쇼트키 다이오드가 통합된 구조를 가진다.Therefore, the first resistance change memory, the second resistance change memory, the third resistance change memory, the fourth resistance change memory, and the Schottky diode are integrated in one cell.

상기 멤리스터 소자를 구성하는 기판(100), 하부 전극(200), 저항 변화 반도체층(300), 양자점(400), 다이오드 형성을 위한 금속 전극(700)에 대한 설명은 상술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.The description of the substrate 100, the lower electrode 200, the resistance-variable semiconductor layer 300, the quantum dot 400, and the metal electrode 700 for forming a diode is the same as described above. .

상기 저항 변화 반도체층(300) 상의 저항 변화 메모리 영역(A)에 형성되는 절연층(500)은 멤리스터 소자를 구성하는 저항 변화 메모리 소자에서 전압이 인가되는 경우 전하를 통과시키는 일종의 터널링 장벽으로서의 역할 외에 상기 절연층(500) 상에 형성되는 상부 전극(600)과의 계면에서 발생하는 자발적인 산화 반응을 통해 금속 산화물층(미도시)을 형성하는 역할을 수행할 수 있다. The insulating layer 500 formed in the resistance-variable memory region A on the resistance-variable semiconductor layer 300 serves as a kind of tunneling barrier for passing charges when a voltage is applied in the resistance-variable memory element constituting the memristor element A metal oxide layer (not shown) may be formed through a spontaneous oxidation reaction occurring at an interface with the upper electrode 600 formed on the insulating layer 500.

상기 절연층(500)은 절연체 전구체층(500a)을 열처리하여 얻어질 수 있으며, 상기 열처리 조건을 조절하여 표면의 굳기(hardness)를 변화시킬 수 있다. The insulating layer 500 can be obtained by heat treating the insulator precursor layer 500a, and the hardness of the surface can be changed by adjusting the heat treatment conditions.

예컨대, 열처리 조건을 조절하여 표면이 완전히 경화된 절연층(500)을 형성할 수 있으며, 이 때의 열처리 온도 및 시간은 상기 절연층(500)이 화학적으로 안정하도록 그 표면을 완전히 경화시키기에 충분한 범위에서 선택되는 것이 바람직하다. 상기 열처리는 300℃ 내지 500℃의 온도에서 30분 내지 120분 동안 수행될 수 있다. 상기의 경우는 화학적으로 안정한 이점이 있으며, 이 때, 상부 전극(600)과의 계면에서 산화 반응은 일어나지 않는다. For example, the heat treatment conditions can be adjusted to form an insulating layer 500 whose surface is completely cured, and the heat treatment temperature and time at this time are sufficient to completely cure the surface of the insulating layer 500 so as to be chemically stable Is preferably selected from the range. The heat treatment may be performed at a temperature of 300 ° C to 500 ° C for 30 minutes to 120 minutes. In this case, there is an advantage of being chemically stable. At this time, the oxidation reaction does not occur at the interface with the upper electrode 600.

따라서, 상기의 경우 본 발명의 다른 실시예에 의한 멤리스터 소자는 하부 전극(200)/저항 변화 반도체층(300)/양자점(400)/절연층(500)/제1 상부 전극(600a)을 포함하는 제1 저항 변화 메모리와, 하부 전극(200)/저항 변화 반도체층(300)/양자점(400)/절연층(500)/제2 상부 전극(600b)을 포함하는 제3 저항 변화 메모리 및 상기 저항 변화 반도체층(300)의 일부 영역에서 저항 변화 반도체층(300)-금속 전극(700)으로 반도체-금속 접합을 가지는 쇼트키 다이오드를 포함하는 하나의 셀로 구성된다. Therefore, in the above case, the MEMS device according to another embodiment of the present invention includes the lower electrode 200, the resistance-variable semiconductor layer 300, the quantum dot 400, the insulating layer 500, and the first upper electrode 600a. A third resistance change memory including a lower electrode 200, a resistance-variable semiconductor layer 300, a quantum dot 400, an insulating layer 500, and a second upper electrode 600b; And a resistance change semiconductor layer 300 in a region of the resistance variable semiconductor layer 300 and a Schottky diode having a semiconductor-metal junction as the metal electrode 700.

한편, 열처리 조건을 조절하여 표면이 충분히 경화되지 않은 소프트한 상태의 절연층(500)을 형성할 수 있으며, 이 경우 상기 절연층(500) 상에 형성되는 상부 전극(600)과의 계면에서 산화 반응이 일어나 금속 산화물층(미도시)이 형성된다. 상기의 금속 산화물층으로 인해 절연층(500)과 상부 전극(600)의 계면에서도 저항 스위칭 특성이 일어나 저항 변화 메모리로서 기능할 수 있는 이점이 있다. 상기 열처리는 100℃ 내지 300℃에서 10분 내지 60분 동안 수행될 수 있다. On the other hand, it is possible to form the insulating layer 500 in a soft state in which the surface is not sufficiently cured by adjusting the heat treatment conditions. In this case, oxidation at the interface with the upper electrode 600 formed on the insulating layer 500 A reaction occurs to form a metal oxide layer (not shown). The metal oxide layer has the advantage that the resistance switching characteristic occurs at the interface between the insulating layer 500 and the upper electrode 600 and can function as a resistance change memory. The heat treatment may be performed at 100 ° C to 300 ° C for 10 minutes to 60 minutes.

따라서, 상기의 경우 본 발명의 다른 실시예에 의한 멤리스터 소자는 하부 전극(200)/저항 변화 반도체층(300)/양자점(400)/절연층(500)/금속 산화물층(미도시)/제1 상부 전극(600a)으로 구성되는 제1 저항 변화 메모리, 상기 절연층(500)과 제1 상부 전극(600a)의 계면에서 형성되는 금속 산화물층(미도시)/제1 상부 전극(600a)을 포함하는 제2 저항 변화 메모리, 하부 전극(200)/저항 변화 반도체층(300)/양자점(400)/절연층(500)/금속 산화물층(미도시)/제2 상부 전극(600b)으로 구성되는 제3 저항 변화 메모리, 상기 절연층(500)과 제2 상부 전극(600b)의 계면에서 형성되는 금속 산화물층(미도시)/제2 상부 전극(600b)을 포함하는 제4 저항 변화 메모리 및 상기 저항 변화 반도체층(300)의 일부 영역에서 저항 변화 반도체층(300)-금속 전극(700)으로 반도체-금속 접합을 가지는 쇼트키 다이오드를 포함하는 하나의 셀로 구성된다. In this case, the MEMS device according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode 200, a resistance-variable semiconductor layer 300, a quantum dot 400, an insulating layer 500, a metal oxide layer (not shown) A first resistance change memory composed of a first upper electrode 600a, a metal oxide layer (not shown) / a first upper electrode 600a formed at the interface between the insulating layer 500 and the first upper electrode 600a, The resistance variable semiconductor layer 300 / the quantum dot 400 / the insulating layer 500 / the metal oxide layer (not shown) / the second upper electrode 600b, (Not shown) formed at an interface between the insulating layer 500 and the second upper electrode 600b, and a second upper electrode 600b, And a resistance-variable semiconductor layer 300 in a region of the resistance-variable semiconductor layer 300, and a Schottky diode having a semiconductor- It consists of a single cell containing the odd.

예컨대, 상기 절연층(500)은 절연 특성을 가지는 유기물을 포함할 수 있으며, PES(polyethersulfone), PET(polyethylene terephthlate), PS(polystyrene), PI(polyimide) 또는 PMMA(poly(methyl methacrylate))를 포함하는 고분자 절연체일 수 있다. For example, the insulating layer 500 may include an organic material having an insulating property, and may be formed of a material such as polyethersulfone (PES), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polyimide (PI), or poly (methyl methacrylate) Polymeric insulator.

상기 절연층(500) 상에 형성되는 제1 상부 전극(600a) 및 제2 상부 전극(600b)은 이종의 물질로 형성되며, 멤리스터 소자를 구성하는 저항 변화 메모리의 상부 전극으로 기능한다. 또한, 상술한 절연층(500)이 소프트한 특성을 가지도록 형성되는 경우 상기 절연층(500)과의 계면에서 발생하는 자발적인 산화 반응을 통해 금속 산화물층(미도시)을 형성하는 역할을 수행할 수 있다.The first upper electrode 600a and the second upper electrode 600b formed on the insulating layer 500 are formed of different materials and function as upper electrodes of the resistance change memory constituting the memristor element. When the insulating layer 500 is formed to have a soft characteristic, a metal oxide layer (not shown) is formed through a spontaneous oxidation reaction occurring at the interface with the insulating layer 500 .

상기와 같이 상부 전극을 이종의 물질로 형성하는 경우, 각 물질이 가지는 산화 특성의 차이 또는 절연체층(500)과의 접합에 따른 일함수 차이로 인하여 전류-전압 특성이 변화하게 된다. 이를 통해 저항 스위칭시 LRS/HRS 비율이 서로 다르게 나타나거나, 전압의 최댓값 또는 최솟값의 차이가 나타나게 되므로, 이를 통해다기능(multi-functional) 저항 변화 메모리를 구현하여 멤리스터의 동작 특성을 다양하게 조절할 수 있는 이점이 있다.When the upper electrode is formed of different materials as described above, the current-voltage characteristic changes due to a difference in oxidation characteristic of each material or a difference in work function due to bonding with the insulator layer 500. As a result, the LRS / HRS ratios are different from each other or the difference between the maximum value and the minimum value of the voltage is displayed. Therefore, the multi-functional resistance change memory can be implemented to variously control the characteristics of the memristor There is an advantage.

상기 제1 상부 전극(600a) 및 제2 상부 전극(600b)은 우수한 도전성을 가지는 금속 계열을 포함할 수 있으며, 절연층(500)과의 계면 반응을 위해 상기 절연층(500)과 반응하여 산화물을 형성하기 용이한 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 제1 상부 전극(600a) 및 제2 상부 전극(600b)은 Al, In, Sn, Zn, Cu, Mn, Ni, Co, Fe 및 V를 포함하는 금속 계열 중에서 각각 선택될 수 있다.The first upper electrode 600a and the second upper electrode 600b may include a metal having good conductivity and react with the insulating layer 500 for an interface reaction with the insulating layer 500, It is preferable to include a metal which is easy to form. For example, the first upper electrode 600a and the second upper electrode 600b may be selected from metal series including Al, In, Sn, Zn, Cu, Mn, Ni, Co,

상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 멤리스터 소자는 절연층의 열처리 조건을 조절하여 금속 산화물층을 형성하지 않는 경우에는 하나의 기판 상에 제1 저항 변화 메모리, 제3 저항 변화 메모리 및 쇼트키 다이오드가 통합된 구조를 가진다. 또한, 금속 산화물층을 형성하는 경우에는 하나의 기판 상에 제1 저항 변화 메모리, 제2 저항 변화 메모리, 제3 저항 변화 메모리, 제4 저항 변화 메모리 및 쇼트키 다이오드가 통합된 구조를 가진다.As described above, in the MEMS device according to another embodiment of the present invention, when the heat treatment conditions of the insulating layer are controlled to form a metal oxide layer, a first resistance change memory, a third resistance change memory And a Schottky diode are integrated. In the case of forming the metal oxide layer, the first resistance change memory, the second resistance change memory, the third resistance change memory, the fourth resistance change memory and the Schottky diode are integrated on one substrate.

상기 다수개의 저항 변화 메모리로 구성된 멤리스터 소자는 저항 변화 반도체층의 일부 영역에 형성된 쇼트키 다이오드로 그 특성을 제어할 수 있다. 또한, 상기 멤리스터 소자는 다수개의 터미널 단자를 가지므로, 이를 다양하게 컨택하여 용도에 맞게 저항, 메모리 또는 다이오드로서 사용할 수 있다. The Schottky diode formed in a region of the resistance-variable semiconductor layer can control the characteristics of the MEMS device including the plurality of resistance change memories. In addition, since the memristor device has a plurality of terminal terminals, it can be used as a resistor, a memory, or a diode according to various applications by variously contacting the terminals.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 멤리스터 소자의 에너지 밴드 다이어그램 및 소자 특성 분석을 위한 회로도이다.7 is a circuit diagram for analyzing an energy band diagram and device characteristics of a MEMSistor device according to another embodiment of the present invention.

도 6 및 도 7을 참조하면, 절연층(500)으로 인하여 HOMO(highest occupied molecular orbital) 및 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 사이에 밴드갭이 형성되고, 상부 전극(600)과 절연층(500)의 계면에 금속 산화 반응으로 인하여 금속 산화물층이 형성된다. 6 and 7, a bandgap is formed between the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) due to the insulating layer 500, the upper electrode 600 and the insulating layer 500 are formed, A metal oxide layer is formed due to the metal oxidation reaction at the interface of the metal oxide layer.

회로 11은 상기 절연층(500)과 제2 상부 전극(600b)의 계면에서 형성되는 금속 산화물층(미도시)/제2 상부 전극(600b)을 포함하는 제4 저항 변화 메모리를 나타내며, 회로 12는 상기 절연층(500)과 제1 상부 전극(600a)의 계면에서 형성되는 금속 산화물층(미도시)/제1 상부 전극(600a)을 포함하는 제2 저항 변화 메모리를 나타낸다. 또한, 회로 3은 하부 전극(200)/저항 변화 반도체층(300)/양자점(400)/절연층(500)/금속 산화물층(미도시)/제1 또는 제2 상부 전극(600a, 600b)으로 구성되는 제1 또는 제3 저항 변화 메모리를 나타낸다. Circuit 11 represents a fourth resistance-change memory including a metal oxide layer (not shown) / second upper electrode 600b formed at the interface between the insulating layer 500 and the second upper electrode 600b, and the circuit 12 A second resistance change memory including a metal oxide layer (not shown) / a first upper electrode 600a formed at an interface between the insulating layer 500 and the first upper electrode 600a. The circuit 3 includes a lower electrode 200, a resistance-variable semiconductor layer 300, a quantum dot 400, an insulating layer 500, a metal oxide layer (not shown), a first or second upper electrode 600a and 600b, And a third resistance change memory.

상기 다수개의 저항 변화 메모리들은 쇼트키 다이오드를 통해 회로적으로 연결되며, 상기 쇼트키 다이오드로 그 특성을 제어할 수 있다. 따라서, 각 용도에 맞게 저항, 메모리 또는 다이오드로서 사용할 수 있는 이점이 있다. The plurality of resistance change memories are connected in a circuit through a Schottky diode, and the characteristics can be controlled by the Schottky diode. Therefore, there is an advantage that it can be used as a resistor, a memory or a diode for each application.

100: 기판 200: 하부 전극
300: 저항 변화 반도체층 400: 양자점
500: 절연층 600: 상부 전극
700: 금속 전극
100: substrate 200: lower electrode
300: resistance variable semiconductor layer 400: quantum dot
500: insulating layer 600: upper electrode
700: metal electrode

Claims (11)

기판;
상기 기판 상에 형성되는 하부 전극;
상기 하부 전극 상에 형성되며, 저항 변화 메모리 영역과 다이오드 영역을 가지는 저항 변화 반도체층;
상기 저항 변화 반도체층 상의 저항 변화 메모리 영역에 형성되는 절연층;
상기 절연층 내에 형성되는 양자점;
상기 절연층 상에 형성되며, 상기 절연층과 반응하여 금속 산화물층을 형성하는 상부 전극; 및
상기 저항 변화 반도체층 상의 다이오드 영역에 형성되는 금속 전극을 포함하고,
상기 절연층은 고분자 절연체를 포함하며, 완전히 경화되지 않은 소프트한 특성을 가져 상기 상부 전극과의 계면에서 금속 산화물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 소자.
Board;
A lower electrode formed on the substrate;
A resistance change semiconductor layer formed on the lower electrode and having a resistance change memory region and a diode region;
An insulating layer formed in the resistance change memory region on the resistance variable semiconductor layer;
A quantum dot formed in the insulating layer;
An upper electrode formed on the insulating layer and reacting with the insulating layer to form a metal oxide layer; And
And a metal electrode formed in the diode region on the resistance variable semiconductor layer,
Wherein the insulating layer comprises a polymeric insulator and has soft properties that are not fully cured to form a metal oxide layer at the interface with the upper electrode.
제1항에 있어서,
상기 상부 전극은 동종 또는 이종의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 멤리스터 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the upper electrode is formed of the same or different material.
제2항에 있어서,
상기 상부 전극은 Al, In, Sn, Zn, Cu, Mn, Ni, Co, Fe 및 V 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 멤리스터 소자.
3. The method of claim 2,
Wherein the upper electrode is any one selected from the group consisting of Al, In, Sn, Zn, Cu, Mn, Ni, Co, Fe and V.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 저항 변화 반도체층은 2원계 금속 산화물 또는 페로브스카이트 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the resistance variable semiconductor layer comprises a binary metal oxide or a perovskite oxide.
제1항에 있어서,
상기 금속 전극은 In, Au 및 Pt 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 멤리스터 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the metal electrode is selected from the group consisting of In, Au and Pt.
기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;
상기 하부 전극 상에 저항 변화 메모리 영역과 다이오드 영역을 가지는 저항 변화 반도체층을 형성하는 단계;
상기 저항 변화 반도체층 상의 저항 변화 메모리 영역에 양자점을 포함하는 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층 상에 상부 전극을 형성하는 단계; 및
상기 저항 변화 반도체층 상의 다이오드 영역에 금속 전극을 배치하여 쇼트키 접합을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 절연층을 형성하는 단계는 절연체 전구체층을 열처리하여 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 열처리는 100℃ 내지 300℃의 온도에서 10분 내지 60분간 수행되어 표면이 완전히 경화되지 않은 소프트한 특성을 가지는 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 멤리스터 소자의 제조방법.
Forming a lower electrode on the substrate;
Forming a resistance-variable semiconductor layer having a resistance-change memory region and a diode region on the lower electrode;
Forming an insulating layer including quantum dots in the resistance change memory region on the resistance variable semiconductor layer;
Forming an upper electrode on the insulating layer; And
And forming a Schottky junction by disposing a metal electrode in a diode region on the resistance variable semiconductor layer,
Wherein the step of forming the insulating layer is performed by heat-treating the insulator precursor layer,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 100 ° C to 300 ° C for 10 minutes to 60 minutes to form an insulating layer having a soft characteristic that the surface is not completely cured.
제7항에 있어서,
상기 저항 변화 반도체층 상의 다이오드 영역에 금속 전극을 형성하는 단계 이후에, 소자의 내부 공간을 충진하는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 소자의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Further comprising the step of forming a protective film filling the inner space of the device after the step of forming the metal electrode in the diode region on the resistance variable semiconductor layer.
제7항에 있어서,
상기 상부 전극은 동종 또는 이종의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 멤리스터 소자의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the upper electrode is formed of the same or different material.
삭제delete 삭제delete
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