KR101910278B1 - Spm 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자 - Google Patents

Spm 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예인 SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자는 전도체 또는 반도체 물질로 이루어진 기판층; 상기 기판층의 일면에 위치된 유전체층, 상기 유전체층의 일면에 위치된 2D 물질층, 및 상기 2D 물질층에 접촉 모드(contact mode)에서, 마찰되어 전하를 전달하여, 상기 유전체층으로 전하를 주입할 수 있는 주사 탐침 현미경(Scanning probe microscopy, SPM) 탐침을 포함한다.

Description

SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자{Memory device injecting charge using probe of scanning probe microscope}
본 발명은 메모리 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, SPM 탐침을 이용하여, 전하를 주입하는 방식을 채택한 메모리 소자에 관한 것이다.
현대사회는 모든 정보가 디지털화되어 저장되고 전송되고 있어, 디지털 정보의 양은 기하급수적으로 방대해지고 있다. 그래서, 이러한 정보를 저장할 수 있는 대용량 메모리 소자에 대한 수요가 계속적으로 증가하고 있다.
메모리 소자는 더 높은 성능을 확보하기 위해서, 더욱 집적화된 회로 설계가 필요하고, 집적회로를 위해서는 미세공정 기술이 필요하다.
메모리 소자의 회로를 제작하기 위한 공정으로 기존의 방식으로, 포토마스크를 이용한 노광기술이 제안되었다. 이러한 노광기술은 빛을 이용하기 때문에 빛의 파동특성 중 하나인 회절현상으로 인한 미세공정의 물리적 한계가 있었다.
그리고, 현재 10 나노급의 공정이 가능하지만, 그 이상의 공정에는 물리적 한계가 있고, 대안으로 제시되고 있는 EUV(extreme ultra violet)를 이용한 방식도 기술이 정립되어 있지 않아 새로운 방식의 메모리 소자의 개발이 매우 시급한 상황이다.
또한, 탐침을 이용한 메모리 소자 구동 방식으로 “Millipede”라는 방식이 있으나, 300~400℃의 높은 온도에서 구동되기 때문에, 에너지 소비가 높고 소재의 내구성을 떨어뜨리며, 또한 높은 온도에 도달하는데 시간이 걸리므로 읽기/쓰기의 속도가 느린 문제점이 보고되고 있다.
따라서, 이러한 문제들을 포괄적으로 해결하고, 고용량 메모리소자를 구현할 수 있는 기술에 대한 연구가 필요한 시점이다.
본 발명의 일 목적은, 수나노 크기의 탐침을 이용하여, 매우 작은 영역의 표면에 전하를 주입하거나 방출함으로써 데이터의 저장, 삭제가 가능하고, 나노크기의 영역을 제어하기 때문에 기존대비 메모리 소자의 저장 용량을 극대화할 수 있는 고용량 메모리 소자를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예인 SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자는 전도체 또는 반도체 물질로 이루어진 기판층, 상기 기판층의 일면에 위치된 절연체층, 상기 절연체층의 일면에 위치된 2D 물질층, 및 상기 2D 물질층에 접촉 모드(contact mode)에서, 마찰되어 전하를 전달하여, 상기 절연체층으로 전하를 주입할 수 있는 주사 탐침 현미경(Scanning probe microscopy, SPM) 탐침을 포함한다.
일실시예로서, 상기 SPM 탐침을 이용하여 전하를 주입한 후, 비-접촉 모드에서, 상기 탐침에 전압을 가하면서, 상기 절연체층의 표면을 스캔하며, 상기 탐침은 상기 표면 포텐셜이 변화된 부분에서 휘게 되고, 상기 탐침에 흐르는 전류 값이 변화하게 되어, 데이터를 읽을 수 있다.
일실시예로서, 상기 2D 물질층은 반금속(semi-metal), 반도체, 절연체 중 어느 하나이다.
일실시예로서, 상기 2D 물질층은 그래핀, MoS2, WSe2, 및 h-BN 중 어느 하나이다.
일실시예로서, 상기 2D 물질층의 두께는 원자단위 두께로, 상기 SPM 탐침에 의하여 주입된 전하 터널링효과로 투과된다.
일실시예로서, 상기 2D 물질층은 단일층 또는 다층이다.
일실시예로서, 상기 절연체층은 PET, SiO2, 및 Al2O3 중 어느 하나를 포함한다.
일실시예로서, 상기 SPM 탐침은 도체 또는 반도체로 이루어진다.
일실시예로서, 상기 SPM 탐침의 직경은 수 나노크기이다.
일실시예로서, 상기 SPM 탐침은 하나의 탐침으로 구비되거나, 탐침 어레이(array)로 구비된다.
일실시예로서, 상기 SPM 탐침에 가해진 전압에 따라 양전하 또는 음전하가 상기 2D 물질층으로 주입되고, 반대방향의 전압을 다시 가해줌에 따라 전하가 방출된다.
본 발명에 따르면, 매우 미세한 나노 수준의 제어가 가능한 장비로서 수나노 크기의 탐침을 갖고 있는 scanning probe microscope (SPM)를 이용할 경우, 매우 작은 영역의 표면에 전하를 주입하거나 방출함으로써 데이터의 저장, 삭제가 가능하고 나노크기의 영역을 제어하기 때문에 기존대비 메모리 소자의 저장 용량을 극대화할 수 있다.
또한, 유전층 상에 전사되는 2D 물질층이 패시베이션 효과를 나타내어, 데이터의 저장 시간을 대폭 향상시켜, 반영구적 데이터 저장이 가능하다.
그리고, 2D 물질층에 전류를 흘려줌으로서, 데이터 삭제가 한번에 이루어질 수 있다.
또한, 2D 물질층과 유전층 사이에 미세한 에어 갭(air gap)이 형성되고, 그 공간에 전하주입되고, 트랩될 수 있다.
그리고, 주입되는 전하의 종류를 제어함으로서, -1, 0, +1의 3진법 데이터 저장이 가능하여, 저장 용량을 기하급수적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 종래의 노광 기술을 이용하지 않아도, 충분한 고용량의 메모리 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 소자의 구동을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탐침의 마찰을 통해 전하가 주입되는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탐침의 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주입된 전하가 터널링 효과에 의해 2D 물질층을 투과한 후 유전층 상에 축적되는 형상을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 주입된 전하가 터널링 효과에 의해 2D 물질층을 투과한 후 유전층 상에 축적되는 형상을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전하 주입 후 KPFM 측정을 통한 표면 포텐셜 맵핑 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전하 주입 후 KPFM 측정을 통한 표면 포텐셜 맵핑 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전하 주입 후 12시간 이상 유지시키면서 측정한 전하밀도의 결과 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 탐침을 이용한 전하를 주입 후, 기판의 표면에 대한 확대 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 탐침을 이용한 전하를 주입 후, 기판의 위치에 따른 두께를 나타내는 그래프이다.
도 11은 그래핀의 층수에 따른 전하 투과 특성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 12는 그래핀의 층수에 따른 전하 투과 특성을 측정한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 2D 물질층을 적용한 경우의 KPFM 측정을 통한 표면 포텐셜 맵핑 이미지이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 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 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 매우 미세한 나노 수준의 제어가 가능한 장비로서 수나노 크기의 탐침을 갖고 있는 scanning probe microscope (SPM)를 이용할 경우, 매우 작은 영역의 표면에 전하를 주입하거나 방출함으로써 데이터의 저장, 삭제가 가능하고, 나노크기의 영역을 제어하기 때문에 기존대비 메모리 소자의 저장 용량을 극대화할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예인 휘발성 메모리 소자는 전도체 또는 반도체 물질로 이루어진 기판층, 상기 기판층의 일면에 위치된 절연체층(유전체층); 상기 절연체층의 일면에 위치된 2D 물질층, 및 상기 2D 물질층에 접촉 모드(contact mode)에서, 마찰되어 전하를 전달하여, 상기 절연체층에 전하를 주입할 수 있는 주사 탐침 현미경(Scanning probe microscopy, SPM) 탐침을 포함한다.
도 1에 상술한 메모리 소자의 모식도를 나타내었다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체층(n++Si) 및 유전체층(SiO2)을 포함하는 기판 상에 2D 물질층이 전사된 구조이다. SPM 탐침을 이용하여, 상기 2D 물질층과 접촉상태에서, 전하가 주입되면, 상기 전하는 터널링 효과에 의하여, 상기 2D 물질층을 투과하여, 기판으로 주입되게 된다.
SPM을 이용한 메모리 소자의 구동은 데이터 저장/삭제 과정과 읽기 과정으로 나뉠 수 있는데. 데이터의 저장/삭제를 위해서, SPM의 탐침을 기판 표면에 접촉시켜(contact mode) 일정 전압을 가하여 양전하 혹은 음전하를 주입하고 반대 방향의 전압을 가하여 전하를 방출시킨다.
도 2에 본 발명의 일실시예에 따른 탐침의 마찰을 통해서 전하가 주입되는 방법에 대한 모식도를 나타내었다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 전압을 인가한 상태로 탐침을 기판 위에 접촉, 마찰시켜 전하를 주입할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 SPM 탐침의 SEM 이미지이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 탐침 끝은 수 나노의 작은 크기를 가지 때문에 매우 작은 영역에 전하를 주입할 수 있다.
또한, 데이터를 읽기 위해서는 KPFM(kelvin probe force microscopy) 모드를 이용하여 주입된 전하에 의해 변화되는 표면 포텐셜을 스캔하고, 표면 포텐셜이 변화된 부분에서 탐침이 휘게 되고 이때 탐침에 흐르는 전류값이 변하게 되어 데이터의 읽기가 가능하다.
상기 2D 물질층은 반금속(semi-metal), 반도체, 절연체 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 그러한 물질로서, 그래핀, MoS2, WSe2, 및 h-BN 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이러한 물질에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 2D 물질층의 두께는 원자단위 두께로, 상기 SPM 탐침에 의하여 주입된 전하 터널링효과로 투과되어, 상기 유전체층(절연체층)의 상부에 위치된다. 특히, 상기 2D 물질층과 상기 유전체층의 사이에는 에어 갭(air gap)이 형성될 수 있으며, 이러한 에어 갭에 상기 전하가 위치되어 트랩될 수 있다.
도 4 및 도 5에 이러한 구성을 나타내는 모식도를 나타내었다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 양전하 및 음전하 각각 유전체층과 2D 물질층 사이에 위치할 수 있다.
또한, 상기 2D 물질층은 단일층 또는 다층일 수 있다.
한편, 유전체층은 유전체층을 구성할 수 있는 물질로서, PET, SiO2, 및 Al2O3 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 유전체층의 구성물질이 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기 SPM 탐침은 주사 탐침 현미경(scanning probe microscope)에 이용되는 탐침으로서, 본 발명에 의도하는 목적을 달성할 수 있는 것이라면, 어떠한 것이라도 적용할 수 있다. 이를 위하여, 상기 SPM 탐침은 전하를 주입할 수 있도록 도체 또는 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 SPM 탐침의 직경은 수 나노크기인 것이 바람직하다. 수 나노크기의 의미는 1 내지 100 나노미터(nm)로 나타낼 수 있는 수치를 의미하는 것이다. 다만, 탐침의 직경이 이러한 크기에 한정되는 것은 아니며, 발명의 목적이 맞게 더 작아지거나 더 커질 수도 있다.
그리고, 상기 SPM 탐침은 하나의 탐침으로 구비되거나, 탐침 어레이(array)로 구비될 수도 있다. 탐침 어레이란, 복수의 탐침이 정해진 패턴에 의하여 정렬된 상태를 의미하는 것이다. 상기 패턴이 특별히 정해진 것은 아니며, 발명의 목적에 맞게 다양하게 변경 또는 유도될 수 있다.
상기 SPM 탐침에 가해진 전압에 따라 양전하 또는 음전하가 상기 2D 물질층으로 주입되고, 반대방향의 전압을 다시 가해줌에 따라 전하가 방출된다. 즉, 기판에 주입되는 전하는 가해준 전압에 따라 양전하 혹은 음전하가 국부적으로 주입되고, 반대방향의 전압을 다시 가해줌으로써 전하를 방출시킬 수 있다. 또한, 전사된 2D 물질 전체에 전류를 흘려 전체적으로 주입된 전하를 방출시킬 수 있다. 이를 통하여, 데이터를 삭제하거나 저장할 수 있다.
이렇게 주입하는 전하의 종류를 제어함으로써, 1, 0, +1의 3진법 데이터 저장이 가능하고 저장 용량을 기하급수적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 2D 물질을 이용한 패시베이션 효과로 반영구적 데이터 저장이 가능한 대용량 메모리 소자를 제공할 수 있는 것이다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
여기서, 본 발명의 고유한 구성요소들 이외의 공정은 그 설명을 제외한다. n++Si의 반도체층 상에 SiO2 유전체층을 적층시키고, 2D 물질로서 그래핀 단층을 전사하여, 메모리 소자를 제조하였다.
SPM 탐침을 이용하였으며, ±10V를 가하며, 15nN의 힘으로 일정 영역(최소 50nm)를 마찰하면서, 양전하 및 음전하를 주입하였다.
또한, 주입된 전하는 KPFM 모드를 이용하여 측정하게 되는데. 전하 주입 후 non-contact 모드에서 탐침에 2 V의 AC 전압을 가하고 탐침이 기판 표면을 스캔하면서 표면 포텐셜을 측정하였다. 전하가 주입된 부분은 탐침과의 포텐셜 차이에 의한 정전기력이 발생하여 캔틸레버가 휘게 되고 각 지점의 포텐셜 측정을 통해 mapping image를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 수득한 표면 포텐셜 맵핑 이미지를 도 6 및 도 7에 각각 나타내었다. 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 너비 50 nm의 작은 영역에 양전하와 음전하가 각각 축적되어 있음을 확인할 수 있었다. 이를 통하여, 데이터가 저장될 수 있음을 추가로 확인할 수 있었다.
전하의 유지 특성을 확인하기 위하여, 먼저 실시예 1에서와 같은 방식을 이용하여 전하를 주입하였고, 12시간 이상 유지시키면서 전하밀도를 측정하여, 그 결과 그래프를 도 8에 나타내었다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 저장된 데이터가 12시간 이상 비휘발적으로 유지되고 있음을 확인할 수 있었다.
SPM 탐침을 통한 전하 주입으로 인하여, 기판의 표면에 기계적 손상이 발생될 수 있는지를 확인하기 위하여, 추가적으로 실험을 실시하였다. 전하 주입 후, 기판의 표면의 확대 이미지를 촬영하여, 도 9에 나타내었으며, 각 위치에 따른, 두께를 측정하여, 그 결과 그래프를 도 10에 나타내었다.
도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, SPM의 탐침으로 마찰시키고, 전하를 주입한 후에도, 기판의 표면에는 특별한 기계적 손상이 확인되지 않았음을 확인할 수 있었다. 이를 통하여, 전하를 주입, 방출하는 공정을 실시하여도, 메모리 자체에 큰 기계적 손상을 주지 않아서, 그 기계적 수명을 단축시키지 않음을 확인할 수 있었다.
2D 물질층의 층수에 따른 영향을 확인하기 위하여, 실시예 1에서 제안된 방법에 의하여, 메모리 소자를 제조하였다. 다만, 그래핀층이 단층, 2층, 및 3층으로 제작하였다. 1층 및 3층의 그래핀 층을 포함하는 메모리 소자에 대한 모식도를 도 11에 나타내었다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 유전체층(SiO2) 상에 위치한 2D 물질층(CVD에 의하여 적층된 graphene층)이 단층으로 이루어진 경우(a)에는 주입된 전하가 defect 영역을 통과하여, 대부분 유전체층의 상부에 위치된다. 반면에, 3층으로 이루어진 경우(b)에는 주입된 전하의 일부만이 유전체층의 상부에 위치된다.
또한, 1층, 2층, 및 3층의 그래핀을 포함하는 각각의 메모리 소자에 대하여, 전하 주입 전,후의 전압의 변화를 측정하여 도 12에 나타내었다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 단층으로 이루어진 그래핀을 이용한 메모리 소자가 가장 높은 전하 투과율을 보였다.
2D 물질층으로서 그래핀 이외에 적용될 수 있는 물질을 테스트하기 위하여, 실시예 1에서 제시된 제작방법을 이용하여 메모리 소자를 제조하였다. 이갊, 2D 물질층은 h-BN 및 MoS2로 각각 제조하였다.
각각 제조된 메모리 소자에 대한 KPFM 측정을 이용하여, 표면 포텐셜 맵핑 이미지를 도 13에 나타내었다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 그래핀 이외에도, h-BN 또는 MoS2 역시 2D 물질층으로 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 전도체 또는 반도체 물질로 이루어진 기판층;
    상기 기판층 상에 위치된 절연체층;
    상기 절연체층 위에 위치된 2D(2-Dimensional) 물질층; 및
    상기 2D 물질층에 접촉 모드(contact mode)에서 마찰되어 전하를 전달하여, 상기 절연체층으로 전하를 주입할 수 있는 주사 탐침 현미경(Scanning probe microscopy, SPM) 탐침을 포함하고,
    상기 SPM 탐침을 이용하여 전하를 주입한 후, 비-접촉 모드에서, 상기 탐침에 전압을 가하면서, 상기 절연체층의 표면을 스캔하며,
    상기 탐침은 상기 표면 포텐셜이 변화된 부분에서 휘게 되고, 상기 탐침에 흐르는 전류 값이 변화하게 되어, 데이터를 읽을 수 있는,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2D 물질층은 반금속(semi-metal), 반도체, 절연체 중 어느 하나인,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2D 물질층은 그래핀, MoS2, WSe2, 및 h-BN 중 어느 하나인,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 2D 물질층의 두께는 원자단위 두께로, 상기 SPM 탐침에 의하여 주입된 전하 터널링효과로 투과되는,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 2D 물질층은 단일층 또는 다층인,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절연체층은 PET, SiO2, 및 Al2O3 중 어느 하나를 포함하는,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 SPM 탐침은 도체 또는 반도체로 이루어진,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 SPM 탐침의 직경은 나노크기인,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 SPM 탐침은 하나의 탐침으로 구비되거나, 탐침 어레이(array)로 구비되는,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 SPM 탐침에 가해진 전압에 따라 양전하 또는 음전하가 상기 2D 물질층으로 주입되고, 반대방향의 전압을 다시 가해줌에 따라 전하가 방출되는,
    SPM 탐침을 이용한 전하주입 방식의 메모리 소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11754603B2 (en) 2020-07-08 2023-09-12 Imec Vzw Method for determining the spatial distribution of electrical current density in a two-dimensional material device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4503622B2 (ja) * 2006-02-20 2010-07-14 三星電子株式会社 情報メディア及びそれを利用する情報の記録及び再生装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4503622B2 (ja) * 2006-02-20 2010-07-14 三星電子株式会社 情報メディア及びそれを利用する情報の記録及び再生装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11754603B2 (en) 2020-07-08 2023-09-12 Imec Vzw Method for determining the spatial distribution of electrical current density in a two-dimensional material device

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