KR101736910B1 - 생흡수성 및 생분해성 물질로 제조되는 비휘발성 저항 기억 소자 - Google Patents

생흡수성 및 생분해성 물질로 제조되는 비휘발성 저항 기억 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생체적합성(biocompatible)이면서 생분해성(biodegradable)인 물질로 제조되고 생흡수성(bioresorbable)인 비휘발성 저항 기억 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 생흡수성 물질로 가수분해될 수 있는 생체적합성 전극들과, 상기 전극 층들 사이에 위치하는 생흡수성 물질로 가수분해될 수 있는 저항 층을 포함하는, 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.

Description

생흡수성 및 생분해성 물질로 제조되는 비휘발성 저항 기억 소자{Bioresorbable and Biodegradable non-volatile resistive memory device}
본 발명은 생체적합성(biocompatible)이면서 생분해성(biodegradable)인 물질로 제조되고 생흡수성(bioresorbable)인 비휘발성 저항 기억 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 생흡수성 물질로 가수분해될 수 있는 생체적합성 전극들과, 상기 전극 층들 사이에 위치하는 생흡수성 물질로 가수분해될 수 있는 저항 층을 포함하는, 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
각종 디지털 장비의 기억 장치에는 다양한 기억 소자가 사용되고 있으며, 그 중 반도체 메모리 소자가 집적도가 높으면서 고속 동작 특성을 지니며, 저전력에서 구동이 가능하여 가장 일반적으로 많이 사용되고 있다.
최근에 널리 사용되는 반도체 메모리 소자의 예로서, 디램(DRAM: Dynamic Random Access Memory), 에스램(SRAM: Static RAM), 플래시(flash) 메모리 등을 들 수 있다. 이러한 반도체 메모리 소자들은 휘발성(volatile) 메모리 소자와 비휘발성(non-volatile) 메모리 소자로 구분할 수 있다. 상기 비휘발성 메모리 소자는 전원 공급이 중단될지라도 메모리 셀에 저장된 데이터를 그대로 유지하는 메모리 소자로 플래시 메모리 등이 여기에 속한다.
대표적인 반도체 기억 소자인 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 경우, 단위 메모리 셀은 통상적으로 한 개의 스위치와 한 개의 커패시터로 구성되며, 집적도가 높고 동작 속도가 빠르다는 장점은 있으나, 전원이 꺼진 후에는 저장된 데이타가 모두 소실되는 단점이 있다.
이에 반해, 비휘발성 메모리 소자는 전원이 꺼진 후에도 저장된 데이타가 보존될 수 있는 것으로서, 대표적인 것으로는 플래시 메모리를 들 수 있다. 플래시 메모리는 휘발성 메모리와 달리 비휘발성의 특성을 지니고 있으나 DRAM에 비해 집적도가 낮고 동작 속도가 느린 단점이 있다.
종래의 정보 저장 기술들(차지 트랩 플래시 메모리(charge trap flash memory) 또는 플로팅 게이트 메모리들)은 무기 실리콘 기초 재료에 대한 전하의 저장을 기초로 한다. 그러나 실리콘 반도체 메모리 기술은 고집적화에 따라 여러 가지 물리적 한계에 도달하고 있다. 이러한 한계점들을 극복하기 위한 여러 차세대 비휘발성 메모리 소자들이 연구되고 있으며, 현재까지 알려진 비휘발성 메모리 소자들로는 MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory), 그리고 RRAM(Resistance Random Access Memory) 이 있다.
저항 기억소자(RRAM 또는 ReRAM)는 저항 변화 물질이 전압의 조건에 따라 저항 값이 달라지는 특성을 이용한 메모리 소자로서, 다른 차세대 비휘발성 메모리 후보들과는 달리 전극-저항 변화 물질 층-전극의 간단한 구조만으로도 메모리 동작이 가능하기 때문에, 집적도 면에서 매우 유리하며 제조 과정이 간단하여 제조 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
저항 기억소자는 금속 전극 사이에 금속산화물을 삽입한 간단한 구조로 이루어지며, 금속산화물의 저항의 고저변화(switching)를 이용하여 기존 Flash 메모리를 대체하고 SRAM의 고속동작, DRAM의 고집적성과 낮은 소비전력, 저비용 생산의 특징을 겸비한 신개념의 차세대 메모리소자이다.
과거에는 중대형 컴퓨터나 데스크 탑 컴퓨터 등이 기억 소자의 주요 수요처 이었지만, 최근에는 스마트 폰이나 탭 PC등의 각종 모바일 장비가 일반화됨에 따라 기존의 플래시, FRAM, MRAM, PRAM 보다 고속, 고집적, 고주파, 저소비전력 특성을 지닌 ReRAM 등의 비휘발성 메모리 소자의 개발이 필요해지고 있는 것이다. 이러한 저항 기억 소자는 VOD, 3D 이미지 처리가 가능하도록, 10~100Mbps의 처리 속도와 5GHz의 고주파수에서 동작 특성을 보이도록 개발되고 있다.
저항 기억소자는 금속 산화물을 이용한 금속-절연층-금속의 단순한 구조이며, 적당한 전기적 신호를 가하면 저항이 큰 전도가 되지 않는 상태(Off state, high resistance state (HRS))에서 저항이 작은 전도가 가능한 상태(ON state, low resistance state (LRS))로 바뀌거나, 반대로 작은 저항 상태가 크게 변화될 수 있는 메모리 특성을 나타낸다. 비휘발성 저항변화 메모리(ReRAM, Resistive Random Access Memory) 소자는 전압에 따라서 저항 상태가 고 저항 또는 저 저항 상태로 바뀌는 특성을 나타내는 기억 소자로서, 전류 인가 또는 전압 인가에 의해 저항 값이 변화하고 변화 후의 전원이 차단되어도 저항 값을 유지하는 기억 소자이다.
저항변화 메모리 소자는 고집적도와, 빠른 정보 입출입 속도, 그리고 비휘발성을 지닌 저항 변화 메모리 소자는 전압에 따라 저항이 변화하는 저항 스위칭(resistance switching) 현상에 기초한다.
전도성 경로 파괴 및 형성을 통해 작동되는 여러 가지 종류의 저항 변화 메모리(다중 기억 메모리(multi-level cell))는 전기 펄스를 가하여 일어나는 금속 산화물의 저항 값의 변화를 이용하여 메모리 셀 당 한 개 이상의 데이터 비트를 저장하는 원리이다.
전기 저항을 보여주는 박막을 기억 소자로 사용하여 전압을 인가해 전류를 흘려 보내 저항 값을 변화시킨다. 일반적으로, 저항이 높은　리셋 상태를 0, 저항이 낮은 셋 상태를 1로 해서 데이터를 기억한다.
저항변화 메모리의 메모리 셀의 기본적인 구조는 DRAM과 같다. 1 개의 메모리 셀 선택 트랜지스터 (셀 트랜지스터)와 1 개의 기억 소자로 메모리 셀을 구성하여 DRAM 수준의 기억 용량이 있는 고밀도 비휘발성 메모리를 실현할 수 있게 된다. 저항 메모리 셀은 이론적으로 3-4 nm3까지 체적을 줄일 수 있으며 이는 종래의 전하 축척에 기반을 두는 모든 메모리 소자보다 훨씬 작은 수준이다.
저항 기억소자는, 일반적으로, 금속 및 금속산화물을 이용한, MIM(Metal-Insulator-Metal) 구조로서, 적당한 전기적 신호를 가하면 저항이 큰 전도가 되지 않는 상태(OFF state, HRS)에서 저항이 작은 전도가 가능한 상태(ON state, LRS)로 바뀌는 메모리 특성이 나타난다. ON/OFF 메모리 특성을 구현하는 전기적 방식에 따라 전류제어 부성 미분 저항(Current Controlled Negative Differential Resistance(CCNR)) 또는 전압제어 부성 미분 저항(Voltage Controlled Negative Differential Resistance(VCNR))으로 구분될 수 있다. VCNR의 경우, 전압이 증가함에 따라 전류가 큰 상태에서 작아지는 상태로 변화하는 특징을 보이는데, 이때 나타나는 상당히 큰 저항 차이를 이용하여 ON/OFF 메모리 특성을 구현할 수 있다.
한편, 디지털 카메라, 스마트 폰 이나 태블릿 PC 등과 같은 모바일 디지털 장비의 급속한 발전이 이루어진 이후에, 최근에 들어서는 스마트 워치나 안경과 같은 웨어러블 디지털 장비의 개발과 상업화가 시도되고 있으며, 이러한 웨어러블 디지털 장비와 생체간의 다양한 신호 및 정보의 교류를 가능하게 하여주는 각종 다양한 생체적합성 인터페이스의 개발도 이루어지고 있다.
미합중국 특허 출원 제12/892001호 (Implantable biomedical devices on bioresorbable substrates)는 이식 가능한 상기 생흡수성 물질 (철, 마그네슘, 및 이들의 조합)로 이루어진 군으로부터 선택되는 소재를 사용하는 생체적합형 전자 소재를 개시하고 있다.
미합중국 특허 제12/892001호에서는 생체적합성 물질을 사용하여 증폭 회로(amplifier circuit), 다중화 회로(multiplexing circuit), 한류형 회로(current limiting cirtuit), 집적 회로(integrated circuit), 트랜지스터(transistor) 또는 트랜지스터 배열(transistory array)을 제조하는 기술이 기재되어 있다.
미합중국 특허 출원 제12/892001호는 또한 이러한 전자소자 기반의 이식 가능한 바이오 의료 장치, 바이오 의료 장치 및 이식 가능한 바이오 의료 장치의 투여방법, 이식 가능한 바이오 의료 장치의 제조방법, 및 표적 조직을 작동하거나 또는 생물학적 환경에서 상기 표적조직과 연관된 수치를 감지하기 위하여 이식 가능한 바이오 의료 장치의 사용방법을 공개하고 있다.
그러나 미합중국 특허출원 제12/892001호는 생흡수성 물질을 활용한 전자 소자를 개시하고는 있지만, 즉 생흡수성 물질 기반의 트랜지스터 및 센서를 구현했지만, 데이터를 저장할 수 있는 메모리 전자 소자는 구현하지 못했다.
따라서 당 업계에서는 생흡수성 집적 회로와 센서를 실현하고 그러한 소자를 통해 검출된 생체 신호를 실시간으로 저장 가능한 생흡수성 메모리 전자 소자의 제조 기술의 개발이 오랫동안 기대되어 왔고, 시급한 개발이 필요한 실정이었다.
한편, 한국 특허출원 제10-2009-0022138호에서는 저항성 메모리 장치(Resistive memory device)를 개시하고 있다. 상기 한국 특허출원 제10-2009-0022138호에 개시된 저항성 메모리 장치는, 상부전극/절연체/하부전극으로 구성된 캐패시터 형태의 메모리 구조를 가진다. 이러한 메모리 장치에 외부 전기장을 가했을 때, 내부에서 산소결핍에 따른 이온 및 절연층의 상변화등이 일어나게 되어 저항이 변화하게 된다.
한국 특허 출원 제10-2009-0022138호에 개시된 저항성 메모리 장치는, 내구성 측면에서 절연층 및 전극과의 계면에서 산소가 충분히 존재해야 메모리 구동이 안정적으로 진행될 수 있게 되어 적절하다. 이건 선행기술에서는 이러한 내구성 성능을 향상시키기 위하여, 이원 산화물(NiO, TiO2, ZnO2, CoO, HfO2, ZrO2, Nb2O5, MgO, Al2O3, 및 Ta2O5)이 절연체와 상부전극 또는 하부전극 사이 계면에 사용될 수 있다. 이렇게 함으로써, 전기장에 의한 산소의 거동이 제한되어 외부로 빠져나가기 어렵게 한다.
이러한 기술적 특징에 의하여 저항성 메모리 장치의 내구성을 향상시키는 기술이 한국 특허 출원 제10-2009-0022138호에 공개되어 있다. 산화마그네슘(MgO)을 상부전극과 하부전극 사이에 위치시켜서 저항성 메모리 특성을 보이는 것이, 본 발명과 유사하다. 그러나 한국 특허출원 제10-2009-0022138호에 사용된 상부전극과 하부전극은 생흡수성을 보이지 않는다. 또한, 이산화티타늄과 산화마그네슘을 동시에 사용해야만 한다. 한국 특허 출원 제10-2009-0022138호는 저항 메모리의 전기적 특성은 극성의 의존성이 없고, 구동 전압이 2V를 넘는데 반해서, 본 발명에서 제시된 메모리는 극성의 의존성이 존재하며 1V에서 구동이 된다. 한국 특허 출원 제10-2009-0022138호의 저항메모리는 생흡수성을 전혀 보이지 않는다.
그러나 현재까지는 저항 메모리 소자들에 있어서, 생분해성, 생체적합성 그리고 생흡수성 수용성 소재로 제조된 비휘발성 메모리 전자 소자는 개발되거나 공개된 문헌을 통해 보고된 사실이 없다. 특히 메모리 전자 소자가 생체 내부에서 용해되어 분해되는 생성되는 물질이 생체에 해를 끼치지 아니하고 생체에 흡수될 수 있는 비휘발성 메모리 소자에 대한 개발은 현재까지 이루어 지지 아니한 현실이다.
이러한 생분해성, 생체적합성 그리고 생흡수성 특성을 모두 갖추어 생체 삽입형 의료용 전자시스템에 적용될 수 있는 메모리 소자에 대한 개발이 각종 웨어러블 디지털 기기의 발달과 더불어 의료 바이오 기술의 급진전에 따라 시급한 상황이지만, 당업계에는 현재까지 그러한 생분해성 생체적합성 생흡수성까지 고루 갖춘 재료로 제조된 저항 메모리소자 기술은 아직 개발되지 못하고 있는 실정이다.
대한민국 특허출원 제10-2009-0035389호는, 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하는 전도성 나노 입자; 상기 전도성 나노 입자 상에 위치하는 저항 변화 물질막; 및 상기 저항 변화 물질막 상에 위치하는 제2 전극을 포함하는 비휘발성 메모리소자 및 이의 제조 방법을 개시하고 있다.
그러나 상기 대한민국 특허출원 제10-2009-0035389호의 발명은, 제1 전극이나 저항 층 그리고 제2 전극으로 사용되는 소재가 생체 내부에서 물에 용해되지 아니하는 물질로 이루어진다는 점이 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기본적인 요구 조건에 해당하지 아니하며, 특히 소재의 특성 측면에서 본 발명의 저항 메모리 소자와는 전혀 다르다.
본 발명자들은 생흡수성 물질로 이루어진 생체적합성 전극 층들과 상기 전극 층들 사이에 위치하는 생흡수성 물질로 체내에서 흡수될 수 있는 저항 층을 이용하여 비휘발성 저항 기억 소자를 제조할 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 생흡수성 물질로서 체내에서 흡수될 수 있는 생체적합성 전극들과, 상기 전극 층들 사이에 위치하는 생흡수성 물질로서 체내에서 흡수될 수 있는 저항 층을 포함하는, 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은, 전술한 저항 기억 소자의 동작 원리에 따라 정보를 저장할 수 있는 장치를 생분해성, 생체적합성 및 생흡수성 수용성 물질로 제조함으로써, 생체 내부에 저항 기억 소자를 삽입, 배치하여 사용할 수 있게 하는 새로운 기술을 제공하는 것을 일차적인 목적으로 한다. 보다 구체적으로는 본 발명은 생흡수성 물질로 용해될 수 있는 수용성 전극들과 그리고 그 사이에 위치하는 수용성 저항 층을 포함하는 비휘발성 저항 메모리 소자를 제조하여 생체 내부에 기억 소자를 배치할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.
1. 재흡수 가능한 금속 전극으로 마그네슘(Mg)이외에 아연(Zn), 철(Fe), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 합금도 포함될 수 있다.
2. 재흡수 가능한 절연체로 산화마그네슘(MgO)이외에 산화아연(ZnO), 산화몰리브덴(MoO3)이 포함될 수 있다.
저항 변화 메모리 전자소자는 다양한 전극 및 절연체의 캐패시터 형태로 많은 특허가 출원되었으나, 실제로 생흡수성 특성을 지닌 메모리 소자의 특허는 등록되어 있지 않다. 상부/하부 전극 및 절연체 모두 생흡수성 특성을 지닌 물질간의 조합으로 트랜지스터, 센서등 전자소자로 특허가 보고된 적은 있으나, 데이터를 저장하는데 핵심적인 역할을 하는 메모리 전자 소자는 본 발명이 최초이다. 본 발명의 생흡수성 메모리 전자소자는 재흡수되는 기간을 전극의 두께 및 패키징 절연체의 두께로 조절이 가능하여 삽입형 의료용 전자시스템에 적용이 가능하다.
본 발명의 또 다른 목적은 (i) 생체내 이식가능한 의료 장치의 표면 위에 부착층을 형성하는 단계; (ii) 상기 부착층 위에 생흡수성 하부 전극 층을 형성하는 단계; (iii) 상기 생분해성 전극 층 위에 저항 층을 형성하는 단계; (iv) 상기 저항 층 위에 생흡수성 상부 전극 층을 형성하는 단계; 및 (v) 상기 상부 전극 층 위에 봉지층을 형성하는 단계를 포함하는, 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 생체내 이식가능한 의료 장치 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 생흡수성 물질로 체내에서 흡수될 수 있는 생체적합성 전극들과, 상기 전극 층들 사이에 위치하는 생흡수성 물질로 체내에서 흡수될 수 있는 저항 층을 포함하는, 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 생흡수성 비휘발성 저항 소자에 있어서, 상기 전극은 마그네슘, 아연, 철, 이트륨, 지르코늄 또는 이들의 합금일 수 있고, 상기 전극 층의 두께는 10 nm 내지 500 nm인 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 전극은 마그네슘으로 제조될 수 있다. 이 경우에, 상기 마그네슘은 다음과 같은 물과의 반응에 의해 수산화마그네슘을 생성하고, 상기 수산화마그네슘은 생체 내에서 흡수된다.
Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2 (pH=7의 경우)
본 발명의 또 다른 실시 태양에서, 상기 전극은 아연으로 제조될 수 있다. 이 경우에, 상기 아연은 다음과 같은 가수분해 반응에 의해 분해되고, 생체 내에서 흡수된다.
Zn + 2H2O → Zn(OH)2 + H2
또한, 본 발명의 생흡수성 비휘발성 저항 소자에 있어서, 상기 저항 층은 산화 마그네슘, 산화 아연 또는 산화 몰리브덴으로부터 선택될 수 있고, 상기 저항 층의 두께는 5 nm 내지 500 nm인 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 저항 층은 산화마그네슘으로 제조될 수 있고, 상기 산화마그네슘은 다음과 같은 가수분해 반응에 의해 생체 내에서 흡수가능한 물질이 된다.
MgO + H2O → Mg(OH)2
본 발명의 다른 실시 태양에서, 생흡수성 물질로 체내에서 흡수될 수 있는 생체적합성 전극들과 상기 전극들 사이에 위치하는 생흡수성 물질로 체내에서 흡수될 수 있는 저항 층을 포함하는 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 스텐트가 제공된다.
본 발명의 또 다른 목적은 (i) 생체내 이식가능한 의료 장치의 표면 위에 부착층을 형성하는 단계; (ii) 상기 부착층 위에 생흡수성 하부 전극 층을 형성하는 단계; (iii) 상기 생분해성 전극 층 위에 저항 층을 형성하는 단계; (iv) 상기 저항 층 위에 생흡수성 상부 전극 층을 형성하는 단계; 및 (v) 상기 상부 전극 층 위에 봉지층을 형성하는 단계를 포함하는, 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 생체내 이식가능한 의료 장치 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 방법에서, 상기 생체내 이식가능한 의료 장치가 스텐트일 수 있다.
본 발명의 방법에서, 상기 부착층 및 상기 봉지층은 산화마그네슘 또는 산화아연으로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서 상기 상부 전극 층 및 하부 전극 층은 마그네슘, 아연, 철, 이트륨, 지르코늄 또는 이들의 합금으로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서 상기 저항 층은 산화마그네슘, 산화아연 또는 산화몰리브데늄으로부터 선택되는 물질로 제조될 수 있다.
본 발명의 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자는 생분해성, 생체적합성 및 생흡수성 수용성 물질로 제조되기 때문에, 의료용 소자에 적용하기에 적합하다.
또한, 본 발명의 생흡수성 메모리 전자소자는, 전극의 두께 및 패키징 절연체의 두께를 조절함으로써 생체 내로 흡수되는 기간을 조절할 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 생흡수성 Mg/MgO/Mg 나노멤브레인 저항 기억 소자가 장착된 스텐트의 개략도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 스텐트에 장착된 저항 기억 소자의 (a) 쌍극(bipolar) 저항 메모리의 전류-전압(I-V) 특성, (b) 절단면에 대한 TEM(투과전자현미경) 사진, (c) 메모리 셀의 크기에 대한 설정/재설정 전류의 의존도, (d) 설정/재설정 저항의 함수로서 누적확률(cumulative probability)에 대한 플롯, (e) 보유 특성 및 (f) +0.2 V에서 측정된 내구성 특성을 보여 준다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 생흡수성 Mg/MgO/Mg 나노멤브레인 저항 기억 소자가 장착된 스텐트를 보여 준다. 도 3의 삽입도는 상기 저항 기억 소자를 확대한 사진이다.
도 4는 풍선 카데터에 설치된, 실시예 1에서 제조된 저항 기억 소자(RRAM)의 새것인 상태(적색)와 변형된 상태(청색)에서의 전류-전압 특성을 보여 준다.
이하, 다음의 실시예 또는 도면을 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예 또는 도면에 대한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 태양을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리 범위를 이들에 기재된 내용으로 한정하거나 제한해석하고자 의도하는 것은 아니다.
실시예 1. Mg 합금 스텐트 상에 Mg / MgO / Mg 메모리의 제조
Mg 합금 스텐트를 제조하기 위해, 먼저 ZM21 Mg 합금 잉곳을 레이저-절단하고 연마하였다. 상기 ZM21 Mg 합금 기판(~200 μm)의 양면에 3000 rpm(30초)에서 AZ4620 포토레지스트(Clariant, USA)를 스핀코팅하였다. 이후, 포토리소그래피 및 Mg 식각제(70% 에틸렌 글리콜, 20% 탈이온수, 10% 질산)를 사용하는 습식 식각 공정을 이용하여 상기 Mg 합금 기판을 패터닝하였다. 상기 식각 공정 후에, 상기 Mg 합금 메쉬(mesh)를 끓는 아세톤에 담가서 상기 AZ4620 포토레지스트를 제거하였다. 이후, 전자빔 증발법에 의해 상기 스텐트 위에 절연 MgO 층(~50 nm)(부착층)을 증착하였다. 이후에 Mg의 열증발법을 적용하여 하부 전극(Mg, 60 nm)을 형성하였다. 스퍼터링 공정(기저 압력(base pressure) 5×10-6 Torr, Ar 20 sccm, 5 mTorr, 150 W RF power)에 의해 스위칭 층(MgO, 12 nm)을 증착하였다. 다음에, 또 다른 열증발법 단계를 통해 상기 MgO 필름 위에 상부 전극(Mg, ~60 nm)을 증착하였다. 전자빔 증발법을 사용하여 상기 Mg/MgO/Mg (RRAM) 구조의 상부 표면에 또 다른 MgO 봉지층(~80 nm)을 추가하였다(도 1 참조).
실시예 2. RRAM 의 신뢰도 테스트
설정/재설정 보유(set/reset retention) 측정에서, 각 저항 상태를 프로그램하고 전류 수준을 0.2 V의 독출 전압(read voltage)에서 측정하였다. 실시예 1에서 제조된 상기 생흡수성 Mg/MgO/Mg 나노멤브레인 저항 기억 소자에 대한 쌍극(bipolar) I-V 곡선은 상기 소자가 저저항 상태(LRS)와 고저항 상태(HRS) 사이에서 어떻게 양방향으로 스위칭하는 지를 보여 준다(도 2a). 상기 저항성 스위칭(resistive switching)은 양의 전압(0.7 V의 리셋(reset)) 또는 음의 전압(-0.8 V의 셋(set))을 걸어줌으로써 이루어진다. 낮은 리셋 및 셋 전압에 의해 상기 기억 소자의 저전력 작동이 가능하다. 도 2a의 삽입도는 스위칭 순서를 보여 준다. 도 2b는 상기 기억 소자 모듈에 대한 투과전자현미경(TEM) 사진을 보여 주며, MgO 나노멤브레인 스위치 층(~12 nm) 및 Mg 전극에 대한 인터페이스를 자세히 보여 준다. 상기 LRS 및 HRS의 면적에 독립적인 전류값은, 전도 메커니즘이 필라멘트 연결(filamentary connection)에 의한 것이라는 점을 암시한다(도 2c). 도 2d는 상기 RRAM 어레이에서의 균일한 저항 스위칭을 보여 주며, 상기 HRS 및 LRS 모두 안정하다. 이러한 소자들의 잔류 특성(retention property)은, 1,000회를 초과하는 스위칭 사이클(도 2f)에 의해 수 년까지 외삽될 수 있다(도 2e). 고저항 상태(HRS) 및 저저항 상태(LRS) 모두에서 103 s 동안 잘 유지되었다(도 2e). -2 V부터 2 V까지의 연속적인 직류 전압 스위핑(consecutive DC voltage sweeping)에 의해 독출/기입 내구성(read/write endurance)을 측정하였다. 0.2 V의 접압에서 측정된 HRS 및 LRS 전류 값들은 안정하였다(도 2f).
실시예 3. RRAM 의 특성분석
풍선 카데터 상에서 새것(pristine) 상태 및 변형된 상태(팽창된 상태)의 생흡수성 Mg/MgO/Mg 나노멤브레인 저항 기억 소자(실시예 1에서 제조된 것)의 RRAM의 전류-전압 분석을 수행하였다(도 3). 프로브 스테이션 및 파라미터 분석기(probe station and parameter analyzer: B1500A, Agilent, USA)를 사용하여 전기적 측정을 수행하였다. I-V 특성을 보면, 스텐트가 확장되었을 때, 즉 RRAM이 변형되었을 때에도 심한 변화가 나타나지 아니하였다(도 4).

Claims (12)

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  6. 생흡수성 물질로 체내에서 흡수될 수 있는 생체적합성 전극 층들과, 상기 전극 층들 사이에 위치하는 생흡수성 물질로 체내에서 흡수될 수 있는 저항 층을 포함하는 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 스텐트.
  7. (i) 생체내 이식가능한 의료 장치의 표면 위에 부착층을 형성하는 단계;
    (ii) 상기 부착층 위에 생흡수성 하부 전극 층을 형성하는 단계;
    (iii) 상기 생흡수성 하부 전극 층 위에 저항 층을 형성하는 단계;
    (iv) 상기 저항 층 위에 생흡수성 상부 전극 층을 형성하는 단계; 및
    (v) 상기 생흡수성 상부 전극 층 위에 봉지층을 형성하는 단계를 포함하는, 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 생체내 이식가능한 의료 장치 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 생체내 이식가능한 의료 장치가 스텐트인 것임을 특징으로 하는 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 생체내 이식가능한 의료 장치 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 부착층이 산화마그네슘 또는 산화아연인 것임을 특징으로 하는 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 생체내 이식가능한 의료 장치 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 상부 전극 층 및 하부 전극 층이 마그네슘 또는 아연으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 생체내 이식가능한 의료 장치 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 저항 층이 산화마그네슘, 산화아연 및 산화몰리브데늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 생체내 이식가능한 의료 장치 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 봉지층이 산화마그네슘 또는 산화아연인 것임을 특징으로 하는 생흡수성 비휘발성 저항 기억 소자가 장착된 생체내 이식가능한 의료 장치 제조 방법.
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