KR102184039B1 - Memristor and non-valatile memory device having the memristor - Google Patents

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Abstract

멤리스터 소자가 개시된다. 멤리스터 소자는 서로 대향하게 배치된 제1 전극과 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 화학식 1로 표현되고 헥사고날 결정 구조를 갖는 유무기 할로겐 화합물로 형성된 저항 변화층을 구비한다. 이러한 멤리스터 소자는 낮은 구동전압, 빠른 속도, 높은 on/off 비율 등의 성능을 구현할 수 있다. A memristor element is disclosed. The memristor element includes: a first electrode and a second electrode disposed to face each other; And a resistance varying layer disposed between the first electrode and the second electrode and formed of an organic-inorganic halogen compound represented by Chemical Formula 1 and having a hexagonal crystal structure. These memristor devices can implement performance such as low driving voltage, fast speed, and high on/off ratio.

Description

멤리스터 소자 및 이를 포함하는 비휘발성 메모리 장치{MEMRISTOR AND NON-VALATILE MEMORY DEVICE HAVING THE MEMRISTOR}A memristor device and a nonvolatile memory device including the same

본 발명은 저항 변화를 통해 정보를 비휘발적으로 저장할 수 있는 멤리스터 소자 및 이를 포함하는 비휘발성 메모리 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a memristor device capable of nonvolatilely storing information through a resistance change, and a nonvolatile memory device including the same.

멤리스터(memristor)는 자속과 전하를 연결하는 나노 단위의 수동 소자로서, 전하량을 기억하여 그 전하량에 따라 저항이 변화하는 특징을 가진다. 전원 공급이 끊어졌을 때도 직전에 전류의 양과 방향을 기억하여, 전원 공급 시 기존의 상태를 복원할 수 있다. 이러한 멤리스터는 레지스터(resistor), 커패시커(capacitor) 및 인덕터(inductor)와 함께 전기 회로의 기본 구성요소의 하나이다.A memristor is a nano-unit passive element that connects a magnetic flux and an electric charge, and has a characteristic that the resistance changes according to the electric charge amount by storing an electric charge amount. Even when the power supply is cut off, the current amount and direction are memorized, and the existing state can be restored when power is supplied. This memristor is one of the basic components of an electric circuit along with a resistor, a capacitor and an inductor.

주로 사용되었던 멤리스터 소재로는 산화물, 질화물 및 유기물이 연구되어 왔지만, 최근 높은 구동전압과 상대적으로 낮은 온-오프(on/off) 비율이 105 이상으로 높은 유무기 페로브스카이트 물질을 이용한 멤리스터 연구가 진행되고 있다.Oxide, nitride, and organic materials have been studied as memristor materials that have been mainly used, but recently, organic/inorganic perovskite materials with a high driving voltage and relatively low on/off ratio of 10 5 or more have been used. Memristor research is ongoing.

하지만, 기존 유무기 소재의 경우 상대적으로 불안정적인 스위칭 동작 및 포밍 과정의 요구 등 개선되어야 하는 문제점을 가지고 있어서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 기술이 필요하다.However, existing organic/inorganic materials have problems that need to be improved, such as a relatively unstable switching operation and a requirement for a forming process, and a new technology capable of solving these problems is required.

본 발명의 일 목적은 헥사고날 결정 구조를 갖는 유무기 할로겐 화합물로 형성된 저항 변화층을 구비하여 낮은 구동전압, 높은 on/off 비율, 장시간의 보유력(retention), 다중레벨 저장 능력 등을 갖는 멤리스터 소자를 제공하는 것이다.One object of the present invention is a memristor having a low driving voltage, a high on/off ratio, long retention, multilevel storage capacity, etc. by having a resistance change layer formed of an organic/inorganic halogen compound having a hexagonal crystal structure. It is to provide the device.

본 발명의 다른 목적은 상기 멤리스터 소자를 구비하는 비휘발성 메모리 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device including the memristor element.

본 발명의 실시예에 따른 멤리스터 소자는 서로 대향하게 배치된 제1 전극과 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 표현되고 헥사고날 결정 구조를 갖는 유무기 할로겐 화합물로 형성된 저항 변화층을 포함한다. A memristor device according to an embodiment of the present invention includes: a first electrode and a second electrode disposed to face each other; And a resistance changing layer disposed between the first electrode and the second electrode, represented by Formula 1 below, and formed of an organic-inorganic halogen compound having a hexagonal crystal structure.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018127090800-pat00001
Figure 112018127090800-pat00001

상기 화학식 1에서, R은 유기 양이온을 나타내고, M은 금속 양이온을 나타내고, X는 할로겐 음이온을 나타내며, x, y 및 z는 서로 독립적으로 -0.5 이상 +0.5 이하의 실수를 나타낸다. In Formula 1, R represents an organic cation, M represents a metal cation, X represents a halogen anion, and x, y and z independently represent real numbers of -0.5 or more and +0.5 or less.

일 실시예에 있어서, 상기 유기 양이온(R)은 CH(NH2)2 +, CH3NH3 +, N2H5 +로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment, the organic cation (R) may include at least one selected from the group consisting of CH(NH 2 ) 2 + , CH 3 NH 3 + , and N 2 H 5 + .

일 실시예에 있어서, 상기 금속 양이온(M)은 구리 이온(Cu2+), 니켈 이온(Ni2+), 코발트 이온(Co2+), 철 이온(Fe2+), 망간 이온(Mn2+), 크롬 이온(Cr2+), 팔라듐 이온(Pd2+), 카드뮴 이온(Cd2+), 이테르븀 이온(Yb2+), 납 이온(Pb2+), 주석 이온(Sn2+), 게르마늄 이온(Ge2+), 비스무스 이온(Bi3+) 및 안티모니 이온(Sb3+)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment, the metal cation (M) is a copper ion (Cu 2+ ), a nickel ion (Ni 2+ ), a cobalt ion (Co 2+ ), an iron ion (Fe 2+ ), a manganese ion (Mn 2 + ), chromium ion (Cr 2+ ), palladium ion (Pd 2+ ), cadmium ion (Cd 2+ ), ytterbium ion (Yb 2+ ), lead ion (Pb 2+ ), tin ion (Sn 2+ ) , Germanium ion (Ge 2+ ), bismuth ion (Bi 3+ ), and antimony ion (Sb 3+ ) may include one or more selected from the group consisting of.

일 실시예에 있어서, 상기 할로겐 음이온(X)은 불소 이온(F-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-) 및 요오드 이온(I-)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment, the halogen anion (X) is a fluoride ion (F -) include at least one selected from the group consisting of chlorine ion (Cl -), bromide ion (Br - -) and an iodine ion (I) I can.

일 실시예에 있어서, 상기 유무기 할로겐 화합물의 헥사고날 결정구조 내에서 6개의 X 이온들이 1개의 M 이온을 둘러싸서 팔면체 단위를 형성하고, 상기 팔면체 단위들은 결정의 c-축을 따라 인접하게 배치된 2개의 팔면체 단위가 하나의 면을 공유하도록 배치되어 선형 구조체를 형성할 수 있다. In one embodiment, in the hexagonal crystal structure of the organic-inorganic halogen compound, 6 X ions surround one M ion to form an octahedral unit, and the octahedral units are arranged adjacently along the c-axis of the crystal. Two octahedral units can be arranged to share one side to form a linear structure.

일 실시예에 있어서, 상기 헥사고날 결정구조의 ab-평면은 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 일면과 평행하게 배치될 수 있다. In one embodiment, the ab-plane of the hexagonal crystal structure may be disposed parallel to one surface of the first electrode or the second electrode.

일 실시예에 있어서, 상기 유무기 할로겐 화합물은 할로겐 공공을 포함하고, 상기 할로겐 공공의 에너지 레벨은 상기 유무기 할로겐 화합물의 가전자대(valence band) 에너지 레벨보다 높고 전도대(conduction band) 에너지 레벨보다 낮을 수 있다. In one embodiment, the organic-inorganic halogen compound contains halogen vacancy, and the energy level of the halogen vacancy is higher than the valence band energy level of the organic-inorganic halogen compound and lower than the conduction band energy level. I can.

본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는 서로 교차하는 방향으로 연장된 제1 신호라인 및 제2 신호라인; 및 상기 제1 신호라인과 상기 제2 신호라인이 중첩하는 영역에서 이들 사이에 배치되고, 서로 직렬로 연결된 메모리 셀과 선택 소자를 포함하고, 상기 메모리 셀은 상기 제1 신호라인과 상기 제2 신호라인 중 하나와 전기적으로 연결된 제1 전극, 상기 선택 소자와 전기적으로 연결된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 저항 변화층을 포함하고, 상기 저항 변화층은 하기 화학식 1로 표현되고 헥사고날 결정 구조를 갖는 유무기 할로겐 화합물로 형성된다. A nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention includes: a first signal line and a second signal line extending in a direction crossing each other; And a memory cell and a selection element disposed therebetween in a region where the first signal line and the second signal line overlap, and connected in series to each other, wherein the memory cell comprises the first signal line and the second signal A first electrode electrically connected to one of the lines, a second electrode electrically connected to the selection element, and a resistance change layer disposed between the first electrode and the second electrode, wherein the resistance change layer is represented by Formula 1 below. It is represented by and is formed of an organic-inorganic halogen compound having a hexagonal crystal structure.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018127090800-pat00002
Figure 112018127090800-pat00002

상기 화학식 1에서, R은 유기 양이온을 나타내고, M은 금속 양이온을 나타내고, X는 할로겐 음이온을 나타내며, x, y 및 z는 서로 독립적으로 -0.5 이상 +0.5 이하의 실수를 나타낸다. In Formula 1, R represents an organic cation, M represents a metal cation, X represents a halogen anion, and x, y and z independently represent real numbers of -0.5 or more and +0.5 or less.

일 실시예에 있어서, 상기 메모리 셀은 바이폴라 스위칭 특성을 가질 수 있다. In an embodiment, the memory cell may have a bipolar switching characteristic.

일 실시예에 있어서, 상기 메모리 셀은 다중레벨 저장 능력을 가질 수 있다.In one embodiment, the memory cell may have multilevel storage capability.

본 발명의 멤리스터 소자 및 비휘발성 메모리 장치에 따르면, 메모리 셀의 저항 변화층이 헥사고날 결정 구조를 갖는 화학식 1의 유무기 할로겐 화합물로 형성되므로, 105 이상의 높은 on/off 비율, 장시간의 보유력(retention), 다중레벨 저장 능력 등을 갖고, 고온에서도 동작할 수 있다. According to the memristor device and the nonvolatile memory device of the present invention, since the resistance change layer of the memory cell is formed of the organic-inorganic halogen compound of Formula 1 having a hexagonal crystal structure, a high on/off ratio of 10 5 or more, and a long-term retention capacity It has (retention), multilevel storage capability, etc., and can operate even at high temperatures.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멤리스터 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 저항 변화층 물질의 결정구조를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4a는 실시예 1(a, f), 실시예 2(b, g) 및 실시예 3(c, h)의 멤리스터 소자들에서 형성된 어닐링 후의 FAPbI3 박막에 대한 평면 SEM 이미지들 및 단면 SEM 이미지들이고, 도 4b는 비교예1(d, i) 및 비교예 2(e, j)의 멤리스터 소자들에서 형성된 어닐링 후의 FAPbI3 박막에 대한 평면 SEM 이미지들 및 단면 SEM 이미지들이다.
도 5는 실시예 1 내지 3 그리고 비교예 1 및 2의 FAPbI3 박막에 대해 측정된 XRD 패턴(a) 및 α-FAPbI3와 δ-FAPbI3에 대해 계산된 XRD 피크들(b, C)을 나타낸다.
도 6a는 실시예 1 내지 3의 멤리스터 소자들에 대한 첫번째 스윕에 대응하여 측정된 전류-전압(I-V) 관계를 나타내는 그래프들이고, 도 6b는 비교에1 및 2의 멤리스터 소자들에 대한 첫번째 스윕에 대응하여 측정된 전류-전압(I-V) 관계를 나타내는 그래프들이다.
도 7은 δ-FAPbI3 내에서의 요오드 공공(VI *)의 2가지 다른 마이그레이션 경로 및 2가지 마이그레이션 경로에 따른 상대적인 에너지 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 8a는 α-FAPbI3의 전자기적 상태 밀도(a) 및 1개의 요오드 공공을 가진 α-FAPbI3의 상태 밀도(b)를 나타내는 도면이고, 도 8b는 δ-FAPbI3의 전자기적 상태 밀도(c) 및 1개의 요오드 공공을 가진 δ-FAPbI3의 상태 밀도(d)를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 3의 멤리스터 소자에 대해 20번의 저항 스위칭 스윕을 수행한 결과를 보여주는 전압-전류 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 실시예 3의 멤리스터 소자에 대한 전압 펄스를 이용한 저항 스위칭 결과를 보여주는 그래프들이다.
도 11은 실시예 3의 멤리스터 소자에 대해 4가지 다른 컴플라이언스 전류에서 측정된 다중레벨 저장 능력을 보여주는 전압-전류 그래프이다.
도 12은 실시예 3의 멤리스터 소자에 대해 80℃에서 측정된 I-V 곡선(a) 및 1분간 100℃에서 에이징(aging) 후 상온까지 냉각한 후에 측정된 I-V 곡선(b)이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a memristor device according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are diagrams for explaining a crystal structure of the material of the resistance change layer shown in FIG. 1.
3 is a perspective view illustrating a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
4A is a plan view and cross-sectional SEM images of FAPbI 3 thin films after annealing formed in the memristor elements of Examples 1 (a, f), 2 (b, g) and 3 (c, h). 4B are planar SEM images and cross-sectional SEM images of the FAPbI 3 thin film after annealing formed in the memristor devices of Comparative Examples 1 (d, i) and 2 (e, j).
5 shows XRD patterns (a) measured for the FAPbI 3 thin films of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, and XRD peaks (b, C) calculated for α-FAPbI 3 and δ-FAPbI 3 Show.
6A is a graph showing a current-voltage (IV) relationship measured in response to a first sweep of the memristor elements of Examples 1 to 3, and FIG. 6B is a first diagram for the memristor elements of Comparative Examples 1 and 2. These are graphs showing the current-voltage (IV) relationship measured in response to the sweep.
7 is a diagram showing two different migration paths of iodine vacancies (V I * ) in δ-FAPbI 3 and a relative energy profile according to the two migration paths.
FIG. 8A is a diagram showing the electromagnetic density of states (a) of α-FAPbI 3 and the density of states of α-FAPbI3 with one iodine pore (b), and FIG. 8B is the electromagnetic density of states of δ-FAPbI 3 (c ) And the density of state (d) of δ-FAPbI 3 having one iodine vacancy.
9 is a voltage-current graph showing the result of performing 20 resistance switching sweeps on the memristor device of Example 3. FIG.
10A and 10B are graphs showing resistance switching results using voltage pulses for the memristor device of Example 3. FIG.
11 is a voltage-current graph showing the multilevel storage capability measured at four different compliance currents for the memristor device of Example 3. FIG.
12 is an IV curve (a) measured at 80° C. for the memristor device of Example 3 and an IV curve (b) measured after cooling to room temperature after aging at 100° C. for 1 minute.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it is to be understood as including all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the existence of features, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features or steps It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 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, including technical and scientific terms, used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멤리스터 소자를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 저항 변화층 물질의 결정구조를 설명하기 위한 도면들이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a memristor device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating a crystal structure of a material of a resistance change layer shown in FIG. 1.

도 1 그리고 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멤리스터 소자(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 저항 변화층(130)을 포함한다. 1 and 2A to 2C, the memristor device 100 according to an embodiment of the present invention includes a first electrode 110, a second electrode 120, and a resistance change layer 130.

상기 제1 전극(110) 및 상기 제2 전극(120)은 서로 이격된 상태에서 대향하도록 배치되고, 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 전극(110) 및 상기 제2 전극(120) 각각은 전도성 산화물, 전도성 금속, 전도성 질화물, 전도성 고분자, 전도성 탄소계 물질 등으로 형성될 수 있다. 상기 전도성 산화물은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 주석계 산화물, 산화아연 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 전도성 금속은 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 크로뮴(Cr), 규소(Si), 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 인듐(In), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The first electrode 110 and the second electrode 120 are disposed to face each other while being spaced apart from each other, and may be formed of an electrically conductive material. For example, each of the first electrode 110 and the second electrode 120 may be formed of a conductive oxide, a conductive metal, a conductive nitride, a conductive polymer, a conductive carbon-based material, or the like. The conductive oxide may include at least one selected from indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , tin oxide, zinc oxide, and the like. The conductive metal is aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), platinum (Pt), chromium (Cr), silicon (Si), gold (Au), nickel (Ni), and copper. It may contain one or more selected from (Cu), silver (Ag), indium (In), ruthenium (Ru), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), and the like.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120) 중 하나는 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 등의 이온화 에너지가 낮은 금속 물질로 형성된 활성 전극일 수 있고, 나머지 하나는 상기 활성 전극을 형성하는 물질보다 이온화 에너지가 높은 전도성 물질로 형성된 비활성 전극일 수 있다. 예를 들면, 상기 비활성 전극은 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd) 등으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. In one embodiment, one of the first electrode 110 and the second electrode 120 is an active electrode formed of a metal material having low ionization energy such as copper (Cu), silver (Ag), and aluminum (Al) And the other one may be an inert electrode formed of a conductive material having higher ionization energy than a material forming the active electrode. For example, the inactive electrode may be formed of one or more metals selected from platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), and the like.

상기 저항 변화층(130)은 상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120) 사이에 배치되고, 상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120)에 인가되는 전압에 따라 고저항 상태(High Resist State)에서 저저항 상태(Low Resist State)로 그리고 저저항 상태에서 고저항 상태로 저항이 가역적으로 변화할 수 있다. The resistance change layer 130 is disposed between the first electrode 110 and the second electrode 120 and is high according to the voltage applied to the first electrode 110 and the second electrode 120. The resistance may reversibly change from a high resistance state to a low resistance state and from a low resistance state to a high resistance state.

일 실시예에 있어서, 상기 저항 변화층(130)은 하기 화학식 1로 표시되는 유무기 할로겐 화합물로 형성될 수 있다. In one embodiment, the resistance change layer 130 may be formed of an organic-inorganic halogen compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018127090800-pat00003
Figure 112018127090800-pat00003

상기 화학식 1에서, R은 유기 양이온을 나타내고, M은 금속 양이온을 나타내며, X는 할로겐 음이온을 나타낸다. 그리고 x, y 및 z는 서로 독립적으로 -0.5 이상 +0.5 이하의 실수를 나타낸다. In Formula 1, R represents an organic cation, M represents a metal cation, and X represents a halogen anion. And x, y, and z represent real numbers of -0.5 or more and +0.5 or less independently of each other.

일 실시예에 있어서, 상기 유기 양이온(R)은 CH(NH2)2 +, CH3NH3 +, N2H5 + 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 금속 양이온(M)은 구리 이온(Cu2+), 니켈 이온(Ni2+), 코발트 이온(Co2+), 철 이온(Fe2+), 망간 이온(Mn2+), 크롬 이온(Cr2+), 팔라듐 이온(Pd2+), 카드뮴 이온(Cd2+), 이테르븀 이온(Yb2+), 납 이온(Pb2+), 주석 이온(Sn2+), 게르마늄 이온(Ge2+), 비스무스 이온(Bi3+), 안티모니 이온(Sb3+) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 할로겐 음이온(X)은 불소 이온(F-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 요오드 이온(I-) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment, the organic cation (R) may include at least one selected from CH(NH 2 ) 2 + , CH 3 NH 3 + , N 2 H 5 + , and the like. The metal cations (M) are copper ions (Cu 2+ ), nickel ions (Ni 2+ ), cobalt ions (Co 2+ ), iron ions (Fe 2+ ), manganese ions (Mn 2+ ), chromium ions ( Cr 2+ ), palladium ion (Pd 2+ ), cadmium ion (Cd 2+ ), ytterbium ion (Yb 2+ ), lead ion (Pb 2+ ), tin ion (Sn 2+ ), germanium ion (Ge 2 + ), bismuth ions (Bi 3+ ), antimony ions (Sb 3+ ), and the like. The halogen anion (X) is a fluoride ion (F -) can include one or more selected from, such as chloride ion (Cl -), bromide ion (Br - -), iodide (I).

일 실시예에 있어서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 화학식 1의 유무기 할로겐 화합물은 헥사고날(Hexagonal) 결정 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 헥사고날 결정구조를 갖는 저항 변화층(130)의 유무기 할로겐 화합물에 있어서, 6개의 X 이온들이 1개의 M 이온을 둘러싸서 팔면체 단위를 형성하고, 상기 팔면체 단위들은 결정의 c-축을 따라 인접하게 배치된 2개의 팔면체 단위가 하나의 면을 공유하도록 배치되어 선형 구조체를 형성하고, 상기 선형 구조체들은 삼각형 형태로 배치되며, 3개의 서로 다른 선형 구조체에 각각 포함된 대응되는 3개의 팔면체 단위들 사이에 하나의 R 이온이 배치될 수 있다. In an embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, the organic-inorganic halogen compound of Formula 1 may have a hexagonal crystal structure. For example, in the organic-inorganic halogen compound of the resistance change layer 130 having the hexagonal crystal structure, 6 X ions surround one M ion to form an octahedral unit, and the octahedral units are c -Two octahedral units arranged adjacent to each other along the axis are arranged to share one side to form a linear structure, and the linear structures are arranged in a triangular shape, and the corresponding three units included in each of three different linear structures One R ion may be placed between octahedral units.

상기 저항 변화층(130)이 헥사고날 결정 구조를 갖는 화학식 1의 유무기 할로겐 화합물로 형성된 경우, 상기 저항 변화층(130) 내부에 전도성 필라멘트의 형성 및 파괴에 의해 저항 스위칭 동작, 예를 들면, 전도성 필라멘트의 형성을 통한 고저항 상태에서 저저항 상태로의 스위칭(‘’및 상기 전도성 필라멘트의 파괴에 의한 저저항 상태에서 고저항 상태로의 스위칭(‘’이 일어날 수 있다. 그리고 상기 화학식 1의 유무기 할로겐화물 소재로 형성된 저항 변화층(130)에서 상기 전도성 필라멘트의 형성 및 파괴는 격자 내의 할로겐 공공(vacancy) 등과 같은 점 결함(point defect)의 마이그레이션(migration)에 의해 크게 영향을 받는다. When the resistance change layer 130 is formed of an organic-inorganic halogen compound of Formula 1 having a hexagonal crystal structure, a resistance switching operation by formation and destruction of a conductive filament inside the resistance change layer 130, for example, Switching from a high resistance state to a low resistance state through the formation of a conductive filament ("and switching from a low resistance state to a high resistance state due to destruction of the conductive filament" may occur. The formation and destruction of the conductive filaments in the resistance change layer 130 formed of an organic/inorganic halide material is greatly influenced by migration of point defects such as halogen vacancy in the lattice.

한편, 상기 저항 변화층(130)이 헥사고날 결정 구조를 갖는 화학식 1의 유무기 할로겐 화합물로 형성된 경우, 결정 내에 할로겐 공공이 마이그레이션(migration) 할 수 있는 2개의 경로, 예를 들면, ab-평면에 평행한 [010] 방향에 따른 경로 및 c-축과 조금 경사진 [123] 방향에 따른 경로가 존재하나, [123] 방향에 따른 경로의 마이그레이션 장벽 에너지가 [010] 방향에 따른 경로의 마이그레이션 장벽 에너지보다 작아서, 할로겐 공공은 대부분 [123] 방향에 따른 경로로 마이그레이션되고 이로 인해 상기 저항 변화층(130)의 스위칭 특성이 향상될 수 있다. 따라서, 상기 저항 변화층(130)에 있어서, 상기 헥사고날 결정구조의 ab-평면은 상기 제1 전극(110)의 상부면 또는 상기 제2 전극(120)의 하부면 중 하나와 평행하게 배치된 경우, 더욱 우수한 스위칭 특성을 발현할 수 있다. On the other hand, when the resistance change layer 130 is formed of an organic-inorganic halogen compound of Formula 1 having a hexagonal crystal structure, two paths through which halogen vacancy can migrate in the crystal, for example, ab-plane There is a path along the [010] direction parallel to and a path along the [123] direction slightly inclined with the c-axis, but the migration barrier energy of the path along the [123] direction is the migration of the path along the [010] direction. Since it is smaller than the barrier energy, most of the halogen vacancy is migrated to a path along the [123] direction, and thus switching characteristics of the resistance change layer 130 may be improved. Therefore, in the resistance change layer 130, the ab-plane of the hexagonal crystal structure is disposed parallel to one of the upper surface of the first electrode 110 or the lower surface of the second electrode 120. In this case, more excellent switching characteristics can be expressed.

또한, 상기 헥사고날 결정 구조를 갖는 화학식 1의 유무기 할로겐 화합물의 경우, 상기 할로겐 공공의 에너지 레벨은 상기 유무기 할로겐 화합물의 밴드갭 내에 위치할 수 있다. 즉, 상기 할로겐 공공의 에너지 레벨은 상기 유무기 할로겐 화합물의 가전자대(valence band) 에너지 레벨보다 높고 전도대(conduction band) 에너지 레벨보다 낮을 수 있다. 이 경우, 상기 할로겐 공공들 사이의 상호작용은 짧은 거리 내로 제한되므로, 할로겐 공공이 클러스터로부터 마이그레이션을 통해 쉽게 이탈이 가능하여 저저항 상태에서 고저항 상태로의 스위칭(‘’특성이 향상될 수 있다. In addition, in the case of the organic-inorganic halogen compound of Formula 1 having the hexagonal crystal structure, the energy level of the halogen vacancy may be located within the band gap of the organic-inorganic halogen compound. That is, the energy level of the halogen vacancy may be higher than the valence band energy level of the organic-inorganic halogen compound and lower than the conduction band energy level. In this case, since the interaction between the halogen vacancies is limited within a short distance, the halogen vacancies can be easily separated from the cluster through migration, and thus switching from a low resistance state to a high resistance state (``characteristic can be improved. .

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 3 is a perspective view illustrating a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(1000)는 메모리 셀(1100), 선택 소자(1200), 제1 신호라인(1300) 및 제2 신호 라인(1400)을 포함한다. Referring to FIG. 3, a nonvolatile memory device 1000 according to an embodiment of the present invention includes a memory cell 1100, a selection element 1200, a first signal line 1300 and a second signal line 1400. do.

상기 메모리 셀(1100)은 상기 제1 신호라인(1300)과 상기 제2 신호라인(1400) 사이에 배치될 수 있고, 상기 제1 신호라인(1300)과 상기 제2 신호라인(1400) 중 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. The memory cell 1100 may be disposed between the first signal line 1300 and the second signal line 1400, and one of the first signal line 1300 and the second signal line 1400 And can be electrically connected.

상기 메모리 셀(1100)은 제1 전극(1110), 제2 전극(1120) 및 저항 변화층(1130)을 포함할 수 있다. 상기 메모리 셀(1100)은 도 1을 참조하여 설명한 멤리스터 소자(100)와 동일하므로 이에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다. The memory cell 1100 may include a first electrode 1110, a second electrode 1120, and a resistance change layer 1130. Since the memory cell 1100 is the same as the memristor device 100 described with reference to FIG. 1, a redundant detailed description thereof will be omitted.

한편, 도 3에는 제2 전극(1120)이 제4 신호라인(1400)과 전기적으로 연결되고 상기 제1 전극(1110)이 상기 선택 소자(1200)와 전기적으로 연결된 것으로 도시되어 있으나, 이와 달리 상기 제1 전극(1110)이 상기 제1 신호라인(1300)과 전기적으로 연결되고 상기 제2 전극(1120)은 상기 선택 소자(1200)와 전기적으로 연결될 수 있다. Meanwhile, in FIG. 3, it is shown that the second electrode 1120 is electrically connected to the fourth signal line 1400 and the first electrode 1110 is electrically connected to the selection element 1200. The first electrode 1110 may be electrically connected to the first signal line 1300 and the second electrode 1120 may be electrically connected to the selection element 1200.

상기 선택 소자(1200)는 상기 제1 신호라인(1300) 및 상기 제2 신호라인(1400) 중 하나와 상기 메모리 셀(1100)과 직렬로 연결되고, 인접하게 배치된 다른 이웃 메모리 셀로부터의 누설전류(sneak current)를 억제하여 상기 메모리 셀(1100)의 감지 전류(sensing current)에 영향을 주는 것을 방지한다. 상기 선택 소자(1200)로는 선택된 메모리 셀에 인가되는 읽기 또는 쓰기 등의 감지 전압에서는 작은 저항값을 갖고, 비선택된 메모리 셀에 인가되는 낮은 전압에서는 매우 큰 저항값을 갖는 비선형적인 전류-전압 특성을 갖는 소자라면 특별히 제한되지 않고, 공지의 선택 소자가 제한 없이 적용될 수 있다. The selection element 1200 is connected in series with one of the first signal line 1300 and the second signal line 1400 and the memory cell 1100, and leakage from another neighboring memory cell disposed adjacent thereto. By suppressing a sneak current, it is prevented from affecting a sensing current of the memory cell 1100. The selection element 1200 exhibits a nonlinear current-voltage characteristic having a small resistance value at a sensing voltage such as read or write applied to a selected memory cell, and a very large resistance value at a low voltage applied to a non-selected memory cell. The device is not particularly limited, and a known selection device may be applied without limitation.

상기 제1 신호라인(1300)과 상기 제2 신호라인(1400)은 서로 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 신호라인(1300)은 제1 방향(X)으로 연장될 수 있고, 상기 제2 신호라인(1400)은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다. The first signal line 1300 and the second signal line 1400 may extend in a direction crossing each other. For example, the first signal line 1300 may extend in a first direction (X), and the second signal line 1400 may extend in a second direction (Y) orthogonal to the first direction. I can.

한편, 도 3에는 상기 제1 신호라인(1300) 및 상기 제2 신호라인(1400)이 하나의 메모리 셀(1100)과 전기적으로 연결된 것으로 도시되어 있으나, 상기 제1 신호라인(1300)은 상기 제2 방향(Y)을 따라 일렬로 배치된 복수의 메모리 셀들과 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 제2 신호라인(1400)은 상기 제1 방향(X)을 따라 일렬로 배치된 복수의 다른 메모리 셀들과 전기적으로 연결될 수 있다. Meanwhile, in FIG. 3, the first signal line 1300 and the second signal line 1400 are shown to be electrically connected to one memory cell 1100, but the first signal line 1300 is The second signal line 1400 may be electrically connected to a plurality of memory cells arranged in a row along the second direction Y, and the second signal line 1400 may be connected to a plurality of other memory cells arranged in a row along the first direction X. Can be electrically connected.

본 발명의 멤리스터 소자 및 비휘발성 메모리 장치에 따르면, 메모리 셀의 저항 변화층이 헥사고날 결정 구조를 갖는 화학식 1의 유무기 할로겐 화합물로 형성되므로, 105 이상의 높은 on/off 비율, 장시간의 보유시간(retention time), 다중레벨 저장 능력 등을 갖고, 고온에서도 동작할 수 있다. According to the memristor device and the nonvolatile memory device of the present invention, since the resistance change layer of the memory cell is formed of an organic-inorganic halogen compound of Formula 1 having a hexagonal crystal structure, a high on/off ratio of 10 5 or more, and a long time retention It has retention time, multilevel storage capability, etc., and can operate at high temperatures.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 일부 실시예들 및 비교예들에 대해 상술한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 일부 실시형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, some examples and comparative examples will be described in detail to aid understanding of the present invention. However, the following examples are only some embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1 내지 3><Examples 1 to 3>

실리콘 웨이퍼 상에 100nm 두께의 백금(Pt) 박막을 형성한 후 그 위에 FAPbI3(HC(NH2)2PbI3) 박막을 형성하였으며, 상기 FAPbI3 박막 상에 진공 증착의 방법으로 150 nm 두께의 은(Ag) 박막을 형성하였다. 상기 FAPbI3 박막은 1.48 mL의 DMF(dimethylformamide)에 1 mmol의 FAI 파우더(172.0 mg), 1 mmol의 PbI2(461.0 mg) 및 1mmol의 DMSO(dimethylsulfoxide)(78.1 mg)를 용해시켜 30 wt%의 FAPbI3 전구체 용액을 제조한 후 이를 상기 백금 박막 상에 30초 동안 4000 rpm의 속도로 스핀코팅함으로써 형성되었고, 상기 스핀 코팅 동안 0.2 mL의 디에틸에테르(diethyl ether)가 적하되었다. After forming a 100 nm-thick platinum (Pt) thin film on a silicon wafer, a FAPbI 3 (HC(NH 2 ) 2 PbI 3 ) thin film was formed thereon, and a 150 nm thick film was formed on the FAPbI 3 thin film by vacuum deposition. A silver (Ag) thin film was formed. The FAPbI 3 thin film was prepared by dissolving 1 mmol of FAI powder (172.0 mg), 1 mmol of PbI 2 (461.0 mg), and 1 mmol of DMSO (dimethylsulfoxide) (78.1 mg) in 1.48 mL of DMF (dimethylformamide) to obtain 30 wt% of 30 wt% After preparing the FAPbI 3 precursor solution, it was formed by spin coating on the platinum thin film at a speed of 4000 rpm for 30 seconds, and 0.2 mL of diethyl ether was added dropwise during the spin coating.

이어서, 상기 FAPbI3 박막을 10분 동안 75℃(실시예 1), 100℃(실시예 2) 및 125℃(실시예 3)에서 어닐링하여 결정화시킴으로써, 실시예 1 내지 3의 멤리스터 소자들을 제조하였다.Then, the FAPbI 3 thin film was crystallized by annealing at 75° C. (Example 1), 100° C. (Example 2), and 125° C. (Example 3) for 10 minutes, thereby manufacturing the memristor devices of Examples 1 to 3 I did.

<비교예 1 및 2><Comparative Examples 1 and 2>

실시예와 동일한 방법으로 실리콘 웨이퍼 상에 백금(Pt) 박막, FAPbI3 박막 및 은(Ag) 박막을 형성한 후 상기 FAPbI3 박막을 10분 동안 150℃(비교예 1) 및 175℃(비교예 2)에서 어닐링하여 결정화시킴으로써, 비교예 1 및 2의 멤리스터 소자를 제조하였다. Platinum on a silicon wafer in the same manner as in Example (Pt) thin film, FAPbI 3 thin film and the silver (Ag) thin films after the FAPbI 3 thin film for 10 minutes 150 ℃ (Comparative Example 1) and 175 ℃ (comparative example for forming the By annealing in 2) to crystallize, the memristor devices of Comparative Examples 1 and 2 were manufactured.

[실험예][Experimental Example]

도 4a는 실시예 1(a, f), 실시예 2(b, g) 및 실시예 3(c, h)의 멤리스터 소자들에서 형성된 어닐링 후의 FAPbI3 박막에 대한 평면 SEM 이미지들 및 단면 SEM 이미지들이고, 도 4b는 비교예1(d, i) 및 비교예 2(e, j)의 멤리스터 소자들에서 형성된 어닐링 후의 FAPbI3 박막에 대한 평면 SEM 이미지들 및 단면 SEM 이미지들이다. 4A is a plan view and cross-sectional SEM images of FAPbI 3 thin films after annealing formed in the memristor elements of Examples 1 (a, f), 2 (b, g) and 3 (c, h). 4B are planar SEM images and cross-sectional SEM images of the FAPbI 3 thin film after annealing formed in the memristor devices of Comparative Examples 1 (d, i) and 2 (e, j).

도 4a 및 도 4b를 참조하면, FAPbI3 박막의 색상이 실시예 1 내지 3에서는 갈색이었으나 비교예 1 및 2에서는 검정색으로, 서로 다른 것으로 나타났다. 이는 약 150℃의 소결 온도를 기준으로 FAPbI3 박막에 대해 구조적 변화가 일어남을 나타낸다. 즉, 약 75℃ 내지 125℃의 낮은 온도에서는 헥사고날 결정 구조의 δ-FAPbI3가 형성되고, 150℃ 이상의 고온에서는 트리고날 결정 구조의 α-FAPbI3가 형성되는 것으로 판단된다. 한편, 도 4a 및 도 4b의 평면 및 단면 SEM 이미지들로부터 평균 그레인 사이즈를 측정한 결과, 약 110nm(75℃), 170nm(100℃), 190nm(125℃), 380nm(150℃), 500nm(175℃)이었고, 150℃ 미만의 온도 범위에서는 어닐링 온도가 증가함에 따라 그레인 사이즈가 상대적으로 서서히 증가하나, 150℃ 이상의 온도 범위에서는 어닐링 온도가 증가함에 따라 그레인 사이즈가 상대적으로 급격히 증가하였으며, 그레인 형태는 150℃로부터 변하기 시작하였다. 이는 약 150℃의 어닐링 온도를 기준으로 FAPbI3 박막의 결정 구조가 변화하기 때문인 것으로 판단된다. 4A and 4B, the color of the FAPbI 3 thin film was brown in Examples 1 to 3, but black in Comparative Examples 1 and 2, and was found to be different from each other. This indicates that a structural change occurs for the FAPbI 3 thin film based on the sintering temperature of about 150°C. That is, it is determined that δ-FAPbI 3 having a hexagonal crystal structure is formed at a low temperature of about 75°C to 125°C, and α-FAPbI 3 having a trigonal crystal structure is formed at a high temperature of 150°C or higher. Meanwhile, as a result of measuring the average grain size from the plane and cross-sectional SEM images of FIGS. 4A and 4B, about 110 nm (75° C.), 170 nm (100° C.), 190 nm (125° C.), 380 nm (150° C.), and 500 nm ( 175℃), and in the temperature range below 150℃, the grain size increased relatively slowly as the annealing temperature increased, but in the temperature range above 150℃, the grain size increased relatively rapidly as the annealing temperature increased. Started to change from 150°C. This is believed to be due to the change in the crystal structure of the FAPbI 3 thin film based on the annealing temperature of about 150°C.

한편, FAPbI3 박막의 두께는 170nm(75℃), 190nm(100℃), 190nm(125℃), 170nm(150℃) 및 170nm(175℃)인 것으로 측정되었고, 150℃에서 어닐링한 비교예 1의 멤리스터 소자를 제외하고는 어닐링 후의 FAPbI3 박막의 표면은 스무스한 것으로 나타났다. 150℃에서 어닐링한 FAPbI3 박막의 경우에는 상변화 및 이에 따른 형태 변화가 수반되었기 때문인 것으로 판단된다. Meanwhile, the thickness of the FAPbI 3 thin film was measured to be 170 nm (75° C.), 190 nm (100° C.), 190 nm (125° C.), 170 nm (150° C.), and 170 nm (175° C.), and Comparative Example 1 annealed at 150° C. Except for the memristor element of, the surface of the FAPbI 3 thin film after annealing was found to be smooth. In the case of the FAPbI 3 thin film annealed at 150°C, it is believed that this is due to the accompanying phase change and shape change.

도 5는 실시예 1 내지 3 그리고 비교예 1 및 2의 FAPbI3 박막에 대해 측정된 XRD 패턴(a) 및 α-FAPbI3와 δ-FAPbI3에 대해 계산된 XRD 피크들(b, C)을 나타낸다. 5 shows XRD patterns (a) measured for the FAPbI 3 thin films of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, and XRD peaks (b, C) calculated for α-FAPbI 3 and δ-FAPbI 3 Show.

도 5를 참조하면, 150℃ 미만의 저온에서 어닐링된 실시예 1 내지 3의 FAPbI3 박막은 헥사고날 결정 구조를 갖는 δ-FAPbI3임을 알 수 있고, 150℃ 이상의 고온에서 어닐링된 비교예1 및 2의 FAPbI3 박막은 트리고날 결정구조를 갖는 α-FAPbI3임을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the FAPbI3 thin films of Examples 1 to 3 annealed at a low temperature of less than 150°C are δ-FAPbI 3 having a hexagonal crystal structure, and Comparative Examples 1 and 2 annealed at a high temperature of 150°C or higher. It can be seen that the FAPbI 3 thin film of is α-FAPbI 3 having a trigonal crystal structure.

한편, PbI2 피크는 100℃에서 나타났고, 어닐링 온도가 증가함에 따라 강해지는 것으로 나타났다. 이는 미반응된 PbI2는 어닐링 온도가 상승함에 따라 증가함을 나타낸다. On the other hand, the PbI 2 peak appeared at 100° C., and it was found to become stronger as the annealing temperature increased. This indicates that the unreacted PbI2 increases as the annealing temperature increases.

도 6a는 실시예 1 내지 3의 멤리스터 소자들에 대한 첫번째 스윕에 대응하여 측정된 전류-전압(I-V) 관계를 나타내는 그래프들이고, 도 6b는 비교에1 및 2의 멤리스터 소자들에 대한 첫번째 스윕에 대응하여 측정된 전류-전압(I-V) 관계를 나타내는 그래프들이다. 양의 전압 및 음의 전압 스윕들에 대한 컴플라이언스 전류는 각각 1mA 및 10mA이었다. 6A is a graph showing a current-voltage (IV) relationship measured in response to a first sweep of the memristor elements of Examples 1 to 3, and FIG. 6B is a first diagram for the memristor elements of Comparative Examples 1 and 2. These are graphs showing the current-voltage (IV) relationship measured in response to the sweep. The compliance currents for the positive and negative voltage sweeps were 1 mA and 10 mA, respectively.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 모든 소자들에 대해, 양이 전압 스윕(0V->0.25V->0V)에서 SET 프로세스로 불리는 고저항 상태에서 저저항 상태로의 저항 스위칭은 어닐링 온도에 관계없이 0.22V 부근에서 발생하였다. 그러나 음의 전압 스윕(0V->-0.7V->0V)에서 RESET 프로세스로 불리는 저저항 상태로부터 고저항 상태로의 저항 스위칭은 어닐링 온도에 따라 다르게 나타났다. 구체적으로, 실시예 1 내지 3의 멤리스터 소자들의 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이, 어닐링 온도가 75℃로부터 125℃로 증가할 때, RESET 전압의 폭이 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 실시예 1의 멤리스터 소자에서는 RESET 전압이 -0.1V 내지 -0.6V의 넓은 범위로 나타났으나, 실시예 3의 멤리스터 소자에서는 RESET 전압이 약 -0.15V로 나타났다. 6A and 6B, for all devices, resistance switching from a high resistance state to a low resistance state called SET process in a positive voltage sweep (0V->0.25V->0V) is related to the annealing temperature. It occurred around 0.22V without. However, in a negative voltage sweep (0V->-0.7V->0V), the resistance switching from the low resistance state to the high resistance state, called the RESET process, appeared differently depending on the annealing temperature. Specifically, in the case of the memristor devices of Examples 1 to 3, it was found that the width of the RESET voltage decreases when the annealing temperature increases from 75°C to 125°C, as shown in FIG. 5A. That is, in the memristor device of Example 1, the RESET voltage was in a wide range of -0.1V to -0.6V, but in the memristor device of Example 3, the RESET voltage was about -0.15V.

반면, 도 6b에 도시된 바와 같이, 비교예 1의 멤리스터 소자에서는 RESET이 랜덤하게 발생하였고, 비교예 2의 멤리스터 소자에서는 RESET 프로세스가 나타나지 않았다. On the other hand, as shown in FIG. 6B, RESET occurred randomly in the memristor device of Comparative Example 1, and the RESET process did not appear in the memristor device of Comparative Example 2.

이로부터, FAPbI3 박막 내에 형성된 전도성 필라멘트는 상대적으로 저온, 특히 125℃에서 어닐링된 δ-FAPbI3에서는 보다 쉽게 연결이 끊어질 수 있는 반면, 150℃ 이상의 상대적인 고온에서 어닐링된 α-FAPbI3에서는 거의 끊어지지 않음을 알 수 있다. From this, FAPbI third conductive filament formed into a thin film has a relatively low temperature, in particular the other hand, which can be more easily disconnected 125 ℃ the δ-FAPbI 3 annealed at the, the α-FAPbI annealed at above 150 ℃ relative high temperature 3, almost It can be seen that it does not break.

한편, FAPbI3 기반 멤리스터 소자들에서, 활성 금속인 Ag의 마이그레이션에 의한 전도성 필라멘트 형성을 위해 필요한 전기장은 SET 전기장(1.38X106 V/m)보다 큰 1.0X107 V/m이상이 요구되므로, FAPbI3의 저항 스위칭은 Ag의 마이그레이션보다는 요오드 공공과 같은 점 결함의 마이그레이션과 연관이 있는 것으로 판단된다. 이를 확인하기 위해, ‘전극 및 Pt 전극 사이에 배치된 δ-FAPbI3(125℃) 박막을 구비하는 멤리스터 소자를 제작한 후 SET 전압과 RESET 전압을 측정한 결과, SET은 0.4V 부근에서 일어났고 RESET은 -0.3V 부근에서 일어났다. 이로부터 FAPbI3 기반 멤리스터 소자에서 전도성 필라멘트의 형성은 Ag 마이그레이션 보다는 요오드 공공의 마이그레이션에 더 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. On the other hand, in FAPbI 3 based memristor devices, the electric field required for formation of the conductive filament by migration of the active metal Ag is required to be 1.0X10 7 V/m or more, which is greater than the SET electric field (1.38X10 6 V/m), The resistance switching of FAPbI 3 is thought to be related to the migration of point defects such as iodine vacancies rather than the migration of Ag. To confirm this, the result of measuring the SET voltage and RESET voltage after fabricating a memristor element with a δ-FAPbI 3 (125°C) thin film disposed between the electrode and the Pt electrode, the SET stood up around 0.4V. And RESET occurred around -0.3V. From this, it can be seen that the formation of conductive filaments in the FAPbI 3 based memristor device is more affected by migration of iodine vacancy than by Ag migration.

도 7은 δ-FAPbI3 내에서의 요오드 공공(VI *)의 2가지 다른 마이그레이션 경로 및 2가지 마이그레이션 경로에 따른 상대적인 에너지 프로파일을 나타내는 도면이다. 요오드 공공(VI *)의 마이그레이션 에너지를 이해하기 위해 너지 탄성 밴드(Nudged Elastic Band) 계산이 적용하였다. 7 is a diagram showing two different migration paths of iodine vacancies (V I * ) in δ-FAPbI 3 and a relative energy profile according to the two migration paths. Nudged Elastic Band calculation was applied to understand the migration energy of iodine vacancies (V I * ).

도 7을 참조하면, δ-FAPbI3 격자 내에서 요오드 공공(VI *)은 ab-평면에 평행한 [010] 방향에 따른 경로로 마이그레이션되거나 c-축에 대해 조금 기울어진 [123] 방향에 따른 경로로 마이그레이션될 수 있다. δ-FAPbI3의 ab-평면이 전극에 수직할 때에는 [010] 방향에 따른 요오드 공공(VI *)의 마이그레이션을 통해 전도성 필라멘트가 생성되어야 함에 반해, 상기 ab-평면이 전극에 평행할 때에는 [123] 방향에 따른 요오드 공공(VI *)의 마이그레이션을 통해 전도성 필라멘트가 형성되어야 한다. Referring to FIG. 7, in the δ-FAPbI 3 lattice, iodine vacancies (V I * ) migrate to a path along the [010] direction parallel to the ab-plane or in the [123] direction slightly inclined to the c-axis. It can be migrated to the following path. When the ab-plane of δ-FAPbI 3 is perpendicular to the electrode, a conductive filament must be generated through migration of iodine vacancy (V I * ) along the [010] direction, whereas when the ab-plane is parallel to the electrode, [ 123] A conductive filament must be formed through migration of iodine vacancies (V I * ) along the direction.

그리고 [010] 방향 경로에 따른 요오드 공공(VI *)의 마이그레이션에 대한 장벽 에너지는 0.9 eV인 반면, [123] 방향 경로에 따른 요오드 공공(VI *)의 마이그레이션에 대한 장벽 에너지는 0.48 eV인 것으로 계산되었다. 이와 같은 경로에 따른 마이그레이션 장벽 에너지의 차이는 FA 분자들이 ab-평면에 평행한 방향을 따라 우선적으로 배향하기 때문인 것으로 판단된다. FA 분자들이 ab-평면에 평행한 방향을 따라 우선적으로 배향하는 경우, [010] 방향 경로로 요오드 공공(VI *)이 마이그레이션되기 위해서는 다음 격자 사이트로 이동하기 전에 FA 분자의 회전이 요구되므로 높은 마이그레이션 장벽 에너지가 부여됨에 반해, [123] 방향 경로를 따른 요오드 공공(VI *)의 마이그레이션에서는 FA 분자에 의해 방해받지 않으므로 낮은 마이그레이션 장벽 에너지가 부여되는 것이다. 따라서, δ-FAPbI3 격자 내에서 요오드 공공(VI *)은 [010] 방향 경로보다는 [123] 방향 경로를 따라 주로 마이그레이션되고, 그 결과, ab-평면이 전극에 평행한 경우 보다 우수한 저항 스위칭 특성을 구현할 수 있다. And the barrier energy for migration of iodine public (V I *) of iodine public (V I *) according to, while the [123] direction of the path barrier energy for migration is 0.9 eV in accordance with the [010] direction of the path is 0.48 eV Was calculated to be. It is believed that the difference in migration barrier energy according to this path is due to preferential orientation of FA molecules along a direction parallel to the ab-plane. When FA molecules are preferentially oriented along a direction parallel to the ab-plane, the rotation of the FA molecule is required before moving to the next lattice site in order for iodine vacancy (V I * ) to migrate to the [010] direction path. The migration barrier energy is imparted, whereas the migration of iodine vacancies (V I * ) along the [123] direction path is not disturbed by FA molecules, and thus a low migration barrier energy is imparted. Therefore, in the δ-FAPbI 3 lattice, the iodine vacancies (V I * ) mainly migrate along the [123] direction rather than the [010] direction, and as a result, better resistance switching than when the ab-plane is parallel to the electrode. Characteristics can be implemented.

FAPbI3 내에서의 요오드 공공(VI *)에 의한 필라멘트의 형성 및 파괴와 관련한 메카니즘에서, RESET은 요오드 공공(VI *) 클러스터의 분리와 밀접하게 연관된다. 따라서, 요오드 공공(VI *) 클러스터의 분리를 이해하기 위해 2개의 요오드 공공의 상호작용 에너지를 조사하였다. In the mechanisms involved in the formation and destruction of filaments by iodine vacancies (V I * ) within FAPbI 3 , RESET is closely related to the separation of iodine vacancies (V I * ) clusters. Therefore, to understand the separation of the iodine vacancy (V I * ) cluster, the interaction energy of the two iodine vacancy was investigated.

α-FAPbI3 및 δ-FAPbI3에서 요오드 공공(VI *) 결함 형성 에너지를 계산한 결과, α-FAPbI3 및 δ-FAPbI3에 대해서 각각 0.35eV 및 0.39eV으로서, 서로 유사하였다. 또한, 밀도함수이론(DFT)의 방법으로 가장 가깝게 배치된 2개의 독립된 요오드 공공(VI *)에서 2개의 요오드 공공(VI *) 사이의 에너지 차이를 계산함으로써 2개의 요오드 공공(VI *) 사이의 상호작용 에너지를 계산하였고, α-FAPbI3 및 δ-FAPbI3 모두에 대해 요오드 공공(VI *) 상호작용 에너지는 모두 0.14 eV로 동일하였다. As α-FAPbI 3 and δ-3 FAPbI public iodine (V * I) result, α-FAPbI 3 and each 0.35eV and 0.39eV for the δ-FAPbI 3 calculates a defect formation energy, were similar to one another. Further, by calculating an energy difference between the two iodine public (V I *) on the density functional theory (DFT) of two independent iodine public (V I *) most closely arranged in the manner of the two iodine public (V I * ) Was calculated, and the iodine vacancies (V I * ) interaction energies were all equal to 0.14 eV for both α-FAPbI 3 and δ-FAPbI 3 .

하지만, 밀도함수이론(DFT)의 방법으로 α-FAPbI3 및 δ-FAPbI3 내에서 요오드 공공(VI *)의 상호작용 거리에 대해서는 현저한 차이점이 발견되었다. δ-FAPbI3에 대해, 요오드 공공(VI *)들 사이의 상호작용은 2개의 요오드 공공(VI *) 사이의 거리가 증가함에 따라 빠르게 소멸되는 것으로 나타났으나, α-FAPbI3 내에서의 요오드 공공(VI *)의 상호작용은 상대적으로 긴 거리까지 연장되는 것으로 나타났다. However, a significant difference was found in the interaction distance of the iodine vacancies (V I * ) in α-FAPbI 3 and δ-FAPbI 3 by the density function theory (DFT) method. for δ-FAPbI 3, iodine public (V I *) interactions between the two iodine public (V I *) and determined that the rapidly disappears as the distance increases between the I, α-FAPbI 3 in the The interactions of the iodine vacancies (V I * ) in the were found to extend over relatively long distances.

밀도함수이론(DFT) 계산 결과, δ-FAPbI3 내에서 첫번째 사이트로부터 가장 가까운 2번째 사이트로의 요오드 공공(VI *)이 마이그레이션함에 따라, 상호작용 에너지가 0.02 eV 이하로 감소되는 것으로 나타났고, 그 결과, δ-FAPbI3 내에서의 요오드 공공(VI *)은 짧은 거리 내에서만 서로 상호작용하는 것으로 나타났다. 이에 반해, α-FAPbI3 내에서는 먼 거리(14.2 Å)에 위치하는 2개의 요오드 공공(VI *) 중 하나가 가장 가까운 이웃 사이트로 마이그레이션하더라도 이들 사이의 상호작용 에너지가 감소하지 않는 것으로 나타났다. As a result of the density function theory (DFT) calculation, as the iodine vacancies (V I * ) from the first site to the nearest second site within δ-FAPbI 3 migrate, the interaction energy decreased to less than 0.02 eV. , As a result, it was found that the iodine vacancies (V I * ) in δ-FAPbI 3 interact with each other only within a short distance. In contrast, in α-FAPbI 3 , even if one of the two iodine vacancies (V I * ) located at a long distance (14.2 Å) migrate to the nearest neighboring site, the interaction energy between them did not decrease.

α-FAPbI3 및 δ-FAPbI3 내에서 요오드 공공(VI *)의 상호작용 거리에서의 차이에 대한 물리적인 기원을 이해하기 위해, 전자기적인 상태 밀도(Density of States)를 조사하였고, 그 결과를 도 8a 및 도 8b에 도시하였다. To understand the physical origin of the difference in the interaction distance of iodine vacancies (V I * ) within α-FAPbI 3 and δ-FAPbI 3 , the electromagnetic density of states was investigated, and the results Is shown in Figures 8a and 8b.

도 8a는 α-FAPbI3의 전자기적 상태 밀도(a) 및 1개의 요오드 공공을 가진 α-FAPbI3의 상태 밀도(b)를 나타내는 도면이고, 도 8b는 δ-FAPbI3의 전자기적 상태 밀도(c) 및 1개의 요오드 공공을 가진 δ-FAPbI3의 상태 밀도(d)를 나타내는 도면이다. FIG. 8A is a diagram showing the electromagnetic density of states (a) of α-FAPbI 3 and the density of states of α-FAPbI3 with one iodine pore (b), and FIG. 8B is the electromagnetic density of states of δ-FAPbI 3 (c ) And the density of state (d) of δ-FAPbI 3 having one iodine vacancy.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, δ-FAPbI3의 밴드갭은 2.85eV이고, α-FAPbI3의 밴드갭은 1.47eV으로서, δ-FAPbI3의 밴드갭이 α-FAPbI3의 밴드갭보다 큰 것으로 나타났다. When FIG. 8a and FIG. 8b, δ-FAPbI and the third band gap is 2.85eV, the band gap of the α-FAPbI 3 is a 1.47eV, the band gap of the δ-FAPbI 3 is larger than the band gap of the α-FAPbI 3 Appeared.

α-FAPbI3의 경우, 작은 밴드갭 때문에 요오드 공공(VI *)의 전자기적 상태가 전도 밴드(conduction band)와 중첩하므로 전도 밴드 전체를 통해 확산될 수 있고, 그 결과, 2개의 요오드 공공(VI *)은 전도 밴드를 통해 상호작용하고, 요오드 공공(VI *)들 사이의 상호작용 에너지는 요오드 공공(VI *) 사이의 물리적 거리가 증가하더라도 감소하지 않는다. 이에 반해, δ-FAPbI3의 전도 밴드는 요오드 공공(VI *)의 에너지 레벨보다 충분히 크고, 그 결과, 2개의 요오드 공공(VI *)은 단지 물리적 위치를 통해 상호작용하므로, 요오드 공공(VI *) 사이의 거리가 증가함에 따라 요오드 공공(VI *)들 사이의 상호 작용 에너지가 급격히 감소한다. In the case of α-FAPbI 3, the electromagnetic state of the iodine vacancy (V I * ) overlaps with the conduction band due to the small band gap, so it can diffuse through the entire conduction band, and as a result, two iodine vacancy ( V I *) does not decrease even if increasing the physical distance between the interaction via the conduction band, and the public iodine (I * V) interaction energies between the public iodine (V I *). In contrast, the conduction band of δ-FAPbI 3 is sufficiently larger than the energy level of the iodine vacancies (V I * ), and as a result, the two iodine vacancies (V I * ) interact only through their physical location, so that the iodine vacancies ( As the distance between V I * ) increases, the energy of interaction between iodine vacancies (V I * ) decreases rapidly.

이러한 요오드 공공(VI *)의 상호작용 거동에서의 차이가 RESET 특성에서의 차이를 만들어 내는 것으로 판단된다. 예를 들면, δ-FAPbI3의 경우에는 요오드 공공(VI *)의 상호작용이 짧은 거리 내로 제한되므로, RESET은 요오드 공공(VI *)이 마이그레션하여 클러스터로부터 멀어짐에 따라 쉽게 일어날 수 있는 것으로 판단된다. 이에 반해, α-FAPbI3 내에서는 요오드 공공(VI *)의 상호작용 거리가 확장되므로 클러스터로부터 분리되기 위해서는 요오드 공공(VI *)의 장거리 마이그레션이 요구되고, 그 결과, α-FAPbI3 내에서는 전도성 필라멘트가 쉽게 파괴되지 않아서 불량한 RESET 특성이 나타나는 것으로 판단된다. It is believed that this difference in the interaction behavior of iodine vacancies (V I * ) makes a difference in the RESET characteristic. For example, in the case of δ-FAPbI 3 is therefore limited to within a short distance interaction iodine public (V I *), RESET is iodine public (V I *) the migration suppression to take place easily in accordance with the distance from the cluster It is judged to be there. On the other hand, in α-FAPbI 3 , since the interaction distance of iodine vacancy (V I * ) is extended, long-distance migration of iodine vacancy (V I * ) is required to be separated from the cluster. As a result, α-FAPbI Within 3 , it is judged that the conductive filament is not easily destroyed, resulting in poor reset characteristics.

추가적으로, 125℃에서 어닐링이 수행된 실시예 3의 멤리스터 소자에 대해 on/off 비율, 지구력(endurance), 다중레벨 능력을 조사하였다. Additionally, the on/off ratio, endurance, and multilevel capability of the memristor device of Example 3, which was annealed at 125°C, were investigated.

도 9는 실시예 3의 멤리스터 소자에 대해 20번의 저항 스위칭 스윕을 수행한 결과를 보여주는 전압-전류 그래프이다. 9 is a voltage-current graph showing the result of performing 20 resistance switching sweeps on the memristor device of Example 3. FIG.

도 9을 참조하면, 양의 전압 스윕(0V->0.25V->0V)에서 실시예 3의 멤리스터 소자의 SET 스위칭은 약 0.2 V 부근에서 일어나고, 음의 전압 스윕(0V->-0.75V->0V)에서 RESET 스위칭은 약 -0.2 V 부근에서 일어났다. 그리고 고저항 상태에서의 전류는 약 10-8A 내지 10-9A이었고, 저저항 상태에서의 전류는 1.0X10-3A이었으며, 그 결과 실시예 3의 멤리스터 소자의 on/off 비율은 약 105 내지 106이었다. Referring to FIG. 9, in a positive voltage sweep (0V->0.25V->0V), SET switching of the memristor element of Example 3 occurs around 0.2 V, and a negative voltage sweep (0V->-0.75V) ->0V), the RESET switching took place around -0.2V. And the current in the high resistance state was about 10 -8 A to 10 -9 A, the current in the low resistance state was 1.0X10 -3 A, and as a result, the on/off ratio of the memristor element of Example 3 was about It was 10 5 to 10 6 .

한편, 첫번째 스윕을 뒤이은 스윕들과 비교하면, SET 프로세스에서의 차이는 거의 없는 것으로 나타났고, 이로부터 실시예 3의 멤리스터 소자는 초기 포밍(forming)이 필요 없음을 알 수 있다. On the other hand, when comparing the first sweep with the subsequent sweeps, it was found that there was little difference in the SET process, and from this, it can be seen that the memristor element of Example 3 does not require initial forming.

도 10a 및 도 10b는 실시예 3의 멤리스터 소자에 대한 전압 펄스를 이용한 저항 스위칭 결과를 보여주는 그래프들이다. 상기 전압 펄스에서, SET 프로세스의 경우 펄스 전압(펄스 폭이 45ms)은 0.28V이고, 읽기 전압은 0.028V이었으며, RESET 프로세스의 경우 펄스 전압(230ms의 펄스 폭)은 -0.6V이고, 읽기 전압은 -0.06V이었다. 그리고 양/음의 전압 스윕은 1200사이클 반복되었다. 10A and 10B are graphs showing resistance switching results using voltage pulses for the memristor device of Example 3. FIG. In the above voltage pulse, in the case of the SET process, the pulse voltage (pulse width is 45ms) is 0.28V, the read voltage is 0.028V, in the case of the RESET process, the pulse voltage (pulse width of 230ms) is -0.6V, and the read voltage is It was -0.06V. And the positive/negative voltage sweep was repeated 1200 cycles.

도 10a를 참조하면, 실시예 3의 멤리스터 소자는 1200 사이클 동안 가역적으로 바이폴라 저항 스위칭이 가능함을 알 수 있다. Referring to FIG. 10A, it can be seen that the memristor device of Example 3 is capable of reversibly switching bipolar resistance for 1200 cycles.

도 10b를 참조하면, 저저장 상태(LRS) 및 고저항 상태(HRS)의 보유력(retention)은 105 이상의 일정한 on/off 비율을 유지하면서 3000s 동안 유지되었다. Referring to FIG. 10B, the retention of the low storage state (LRS) and the high resistance state (HRS) was maintained for 3000 s while maintaining a constant on/off ratio of 10 5 or more.

한편, 실시예 3의 멤리스터 소자의 105 이상의 on/off 비율은 종래 보고된 V-도핑된 SrZrO3 또는 Pr0.7Ca0.3MnO3보다 3 오더(order) 더 큰 값이다. 이와 같이 실시예 3의 멤리스터 소자는 On/off 비율이 105 이상이므로, 실시예 3의 멤리스터 소자는 다중레벨 저장 능력을 가질 수 있다. 실시예 3의 멤리스터 소자에 대한 다중레벨 저장 능력은 양의 전압 스윕에서 컴플라이언스 전류(compliance current)를 낮춤으로써 측정될 수 있고, 이는 도 11에 도시된다. On the other hand, the on/off ratio of 10 5 or more of the memristor device of Example 3 is 3 orders of magnitude greater than the previously reported V-doped SrZrO 3 or Pr 0.7 Ca 0.3 MnO 3 . As described above, since the memristor device of the third embodiment has an On/off ratio of 10 5 or more, the memristor device of the third embodiment may have a multilevel storage capability. The multilevel storage capability for the memristor element of Example 3 can be measured by lowering the compliance current in a positive voltage sweep, which is shown in FIG. 11.

도 11은 실시예 3의 멤리스터 소자에 대해 4가지 다른 컴플라이언스 전류에서 측정된 다중레벨 저장 능력을 보여주는 전압-전류 그래프이다. 11 is a voltage-current graph showing the multilevel storage capability measured at four different compliance currents for the memristor device of Example 3. FIG.

도 11을 참조하면, 양의 전압 스윕에서 컴플라이언스 전류가 10-2A로부터 10-5A로 감소되었을 때, SET 전압의 손상이 없는 가역적인 저항 스위칭이 관찰되었다. RESET을 위한 에너지는 컴플라이언스 전류의 감소와 함께 감소되었고, 이는 컴플라이언스 전류에 대해 필라멘트를 형성하는 요오드 공공의 양에 영향을 받기 때문이다. 필라멘트 형성을 위한 요오드 공공의 수는 낮은 컴플라이언스 전류에서 감소되었다. 이러한 결과들로부터 δ-FAPbI3는 저항 스위칭 특성이 우수할 뿐만 아니라 다중레벨 저장 능력도 가짐을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11, when the compliance current was reduced from 10 -2 A to 10 -5 A in a positive voltage sweep, reversible resistance switching without damage to the SET voltage was observed. The energy for RESET decreased with the decrease in the compliance current, because it is affected by the amount of iodine vacancies forming the filament for the compliance current. The number of iodine vacancies for filament formation was reduced at low compliance currents. From these results, it can be confirmed that δ-FAPbI 3 not only has excellent resistance switching characteristics, but also has a multilevel storage capability.

한편, 열적 안정성은 실제 관점에서 중요하므로, 온도 의존성 스위칭 특성이 조사되었다. 도 12은 실시예 3의 멤리스터 소자에 대해 80℃에서 측정된 I-V 곡선(a) 및 1분간 100℃에서 에이징(aging) 후 상온까지 냉각한 후에 측정된 I-V 곡선(b)이다. On the other hand, since thermal stability is important from an actual point of view, temperature-dependent switching characteristics were investigated. 12 is an I-V curve (a) measured at 80°C for the memristor device of Example 3 and an I-V curve (b) measured after cooling to room temperature after aging at 100°C for 1 minute.

도 12를 참조하면, 실시예 3의 멤리스터 소자에 대해 80℃에서 측정된 I-V 곡선을 상온에서 측정된 결과와 비교하면, 고저항 상태(HRS) 및 저저항 상태(LRS) 모두에 대한 전류는 증가하였으나 SET 전압 및 on/off 비율은 감소하는 것으로 나타났다. SET 전압의 감소는 상승된 온도에서 요오드 공공의 마이그레이션에 대한 활성 에너지의 감소 때문인 것으로 판단된다. 그리고 상온과는 다른 RESET 프로파일을 갖는 것으로 나타났고, 이는 고온에서 δ-FAPbI3의 지엽적인 구조의 변경 및/또는 δ-FAPbI3의 온도 의존적인 공공 마이그레이션과 관련이 있는 것으로 판단된다. 예를 들면, 고온에서 필라멘트의 부분적인 용해 때문에 전도성 필라멘트는 부분적으로 파괴될 수 있다. Referring to FIG. 12, comparing the IV curve measured at 80°C for the memristor device of Example 3 with the results measured at room temperature, the current for both the high resistance state (HRS) and the low resistance state (LRS) is However, the SET voltage and the on/off ratio decreased. It is believed that the decrease in SET voltage is due to a decrease in active energy for migration of iodine vacancies at an elevated temperature. And ambient temperature and has appeared to have a different profile, RESET, which is determined to be related to the temperature-dependent migration of public δ-3 FAPbI side effects of structural changes and / or δ-FAPbI 3 at a high temperature. For example, due to partial dissolution of the filaments at high temperatures, the conductive filaments can be partially broken.

한편, 100℃에서의 열적 쇼크 후에 상온까지 냉각된 후에 측정된 저항 스위칭 프로파일은 안정적인 스위칭 동작을 보여준다. 이는 δ-FAPbI3의 결정상이 가열 및 냉각 사이클에 대해 가역적으로 변할 수 있기 때문인 것으로 판단된다. Meanwhile, the resistance switching profile measured after cooling to room temperature after thermal shock at 100°C shows a stable switching operation. It is believed that this is because the crystalline phase of δ-FAPbI 3 can change reversibly with the heating and cooling cycles.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.

100: 멤리스터 소자 110: 제1 전극
120: 제2 전극 130: 저항 변화층
1000: 비휘발성 메모리 장치 1100: 메모리 셀
1200: 선택 소자 1300: 제1 신호라인
1400: 제2 신호 라인
100: memristor element 110: first electrode
120: second electrode 130: resistance change layer
1000: nonvolatile memory device 1100: memory cell
1200: selection element 1300: first signal line
1400: second signal line

Claims (11)

서로 대향하게 배치된 제1 전극과 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 표현되고 헥사고날 결정 구조를 갖는 유무기 할로겐 화합물로 형성된 저항 변화층을 포함하고,
상기 유무기 할로겐 화합물의 헥사고날 결정구조 내에서 6개의 X 이온들이 1개의 M 이온을 둘러싸서 팔면체 단위를 형성하고, 상기 팔면체 단위들은 결정의 c-축을 따라 인접하게 배치된 2개의 팔면체 단위가 하나의 면을 공유하도록 배치되어 선형 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 소자:
[화학식 1]
Figure 112020053904513-pat00004

상기 화학식 1에서, R은 유기 양이온을 나타내고, M은 금속 양이온을 나타내고, X는 할로겐 음이온을 나타내며, x, y 및 z는 서로 독립적으로 -0.5 이상 +0.5 이하의 실수를 나타낸다.
A first electrode and a second electrode disposed to face each other; And
It is disposed between the first electrode and the second electrode, and is represented by the following formula (1) and includes a resistance change layer formed of an organic-inorganic halogen compound having a hexagonal crystal structure,
In the hexagonal crystal structure of the organic-inorganic halogen compound, six X ions surround one M ion to form an octahedral unit, and the octahedral units are one of two octahedral units arranged adjacent to each other along the c-axis of the crystal. Memristor element, characterized in that it is arranged to share the faces of the linear structure :
[Formula 1]
Figure 112020053904513-pat00004

In Formula 1, R represents an organic cation, M represents a metal cation, X represents a halogen anion, and x, y and z independently represent real numbers of -0.5 or more and +0.5 or less.
제1항에 있어서,
상기 유기 양이온(R)은 CH(NH2)2 +, CH3NH3 + 및 N2H5 +로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 멤리스터 소자.
The method of claim 1,
The organic cation (R) is characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of CH(NH 2 ) 2 + , CH 3 NH 3 + and N 2 H 5 + .
제1항에 있어서,
상기 금속 양이온(M)은 구리 이온(Cu2+), 니켈 이온(Ni2+), 코발트 이온(Co2+), 철 이온(Fe2+), 망간 이온(Mn2+), 크롬 이온(Cr2+), 팔라듐 이온(Pd2+), 카드뮴 이온(Cd2+), 이테르븀 이온(Yb2+), 납 이온(Pb2+), 주석 이온(Sn2+), 게르마늄 이온(Ge2+), 비스무스 이온(Bi3+) 및 안티모니 이온(Sb3+)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 멤리스터 소자.
The method of claim 1,
The metal cations (M) are copper ions (Cu 2+ ), nickel ions (Ni 2+ ), cobalt ions (Co 2+ ), iron ions (Fe 2+ ), manganese ions (Mn 2+ ), chromium ions ( Cr 2+ ), palladium ion (Pd 2+ ), cadmium ion (Cd 2+ ), ytterbium ion (Yb 2+ ), lead ion (Pb 2+ ), tin ion (Sn 2+ ), germanium ion (Ge 2 + ), bismuth ions (Bi 3+ ) and antimony ions (Sb 3+ ), characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of, memristor device.
제1항에 있어서,
상기 할로겐 음이온(X)은 불소 이온(F-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-) 및 요오드 이온(I-)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 멤리스터 소자.
The method of claim 1,
The halogen anion (X) is a fluoride ion (F -), chloride ion (Cl -), bromide ion (Br -) and an iodine ion (I -), characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of, MEM Lister element.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 헥사고날 결정구조의 ab-평면은 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 일면과 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는, 멤리스터 소자.
The method of claim 1,
The memristor element, characterized in that the ab-plane of the hexagonal crystal structure is disposed parallel to one surface of the first electrode or the second electrode.
서로 대향하게 배치된 제1 전극과 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 표현되고 헥사고날 결정 구조를 갖는 유무기 할로겐 화합물로 형성된 저항 변화층을 포함하고,
상기 유무기 할로겐 화합물은 할로겐 공공을 포함하고,
상기 할로겐 공공의 에너지 레벨은 상기 유무기 할로겐 화합물의 가전자대(valence band) 에너지 레벨보다 높고 전도대(conduction band) 에너지 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는, 멤리스터 소자:
[화학식 1]
Figure 112020053904513-pat00024

상기 화학식 1에서, R은 유기 양이온을 나타내고, M은 금속 양이온을 나타내고, X는 할로겐 음이온을 나타내며, x, y 및 z는 서로 독립적으로 -0.5 이상 +0.5 이하의 실수를 나타낸다.
A first electrode and a second electrode disposed to face each other; And
It is disposed between the first electrode and the second electrode, and is represented by the following formula (1) and includes a resistance change layer formed of an organic-inorganic halogen compound having a hexagonal crystal structure,
The organic-inorganic halogen compound contains halogen vacancy,
The energy level of the halogen vacancy is higher than the valence band energy level of the organic-inorganic halogen compound and lower than the conduction band energy level, the memristor element:
[Formula 1]
Figure 112020053904513-pat00024

In Formula 1, R represents an organic cation, M represents a metal cation, X represents a halogen anion, and x, y and z independently represent real numbers of -0.5 or more and +0.5 or less.
서로 교차하는 방향으로 연장된 제1 신호라인 및 제2 신호라인; 및
상기 제1 신호라인과 상기 제2 신호라인이 중첩하는 영역에서 이들 사이에 배치되고, 서로 직렬로 연결된 메모리 셀과 선택 소자를 포함하고,
상기 메모리 셀은 상기 제1 신호라인과 상기 제2 신호라인 중 하나와 전기적으로 연결된 제1 전극, 상기 선택 소자와 전기적으로 연결된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 저항 변화층을 포함하고,
상기 저항 변화층은 하기 화학식 1로 표현되고 헥사고날 결정 구조를 갖는 유무기 할로겐 화합물로 형성되고,
상기 유무기 할로겐 화합물의 헥사고날 결정구조 내에서 6개의 X 이온들이 1개의 M 이온을 둘러싸서 팔면체 단위를 형성하고, 상기 팔면체 단위들은 결정의 c-축을 따라 인접하게 배치된 2개의 팔면체 단위가 하나의 면을 공유하도록 배치되어 선형 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는, 비휘발성 메모리 소자:
[화학식 1]
Figure 112020053904513-pat00005

상기 화학식 1에서, R은 유기 양이온을 나타내고, M은 금속 양이온을 나타내고, X는 할로겐 음이온을 나타내며, x, y 및 z는 서로 독립적으로 -0.5 이상 +0.5 이하의 실수를 나타낸다.
A first signal line and a second signal line extending in a direction crossing each other; And
A memory cell and a selection element disposed therebetween in a region where the first signal line and the second signal line overlap, and connected in series with each other,
The memory cell includes a first electrode electrically connected to one of the first signal line and the second signal line, a second electrode electrically connected to the selection element, and a resistor disposed between the first electrode and the second electrode. Including the layer of change,
The resistance change layer is represented by the following formula (1) and is formed of an organic-inorganic halogen compound having a hexagonal crystal structure,
In the hexagonal crystal structure of the organic-inorganic halogen compound, six X ions surround one M ion to form an octahedral unit, and the octahedral units are one of two octahedral units arranged adjacent to each other along the c-axis of the crystal. A non-volatile memory device, characterized in that it is arranged to share the faces of to form a linear structure :
[Formula 1]
Figure 112020053904513-pat00005

In Formula 1, R represents an organic cation, M represents a metal cation, X represents a halogen anion, and x, y and z independently represent real numbers of -0.5 or more and +0.5 or less.
제8항에 있어서,
상기 메모리 셀은 바이폴라 스위칭 특성을 갖는 것을 특징으로 하는, 비휘발성 메모리 소자.
The method of claim 8,
The nonvolatile memory device, characterized in that the memory cell has a bipolar switching characteristic.
제8항에 있어서,
상기 메모리 셀은 다중레벨 저장 능력을 갖는 것을 특징으로 하는, 비휘발성 메모리 소자.
The method of claim 8,
The nonvolatile memory device, characterized in that the memory cell has a multilevel storage capability.
서로 교차하는 방향으로 연장된 제1 신호라인 및 제2 신호라인; 및
상기 제1 신호라인과 상기 제2 신호라인이 중첩하는 영역에서 이들 사이에 배치되고, 서로 직렬로 연결된 메모리 셀과 선택 소자를 포함하고,
상기 메모리 셀은 상기 제1 신호라인과 상기 제2 신호라인 중 하나와 전기적으로 연결된 제1 전극, 상기 선택 소자와 전기적으로 연결된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 저항 변화층을 포함하고,
상기 저항 변화층은 하기 화학식 1로 표현되고 헥사고날 결정 구조를 갖는 유무기 할로겐 화합물로 형성되고,
상기 유무기 할로겐 화합물은 할로겐 공공을 포함하고,
상기 할로겐 공공의 에너지 레벨은 상기 유무기 할로겐 화합물의 가전자대(valence band) 에너지 레벨보다 높고 전도대(conduction band) 에너지 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는, 비휘발성 메모리 소자:
[화학식 1]
Figure 112020053904513-pat00025

상기 화학식 1에서, R은 유기 양이온을 나타내고, M은 금속 양이온을 나타내고, X는 할로겐 음이온을 나타내며, x, y 및 z는 서로 독립적으로 -0.5 이상 +0.5 이하의 실수를 나타낸다.
A first signal line and a second signal line extending in a direction crossing each other; And
A memory cell and a selection element disposed therebetween in a region where the first signal line and the second signal line overlap, and connected in series with each other,
The memory cell includes a first electrode electrically connected to one of the first signal line and the second signal line, a second electrode electrically connected to the selection element, and a resistor disposed between the first electrode and the second electrode. Including the layer of change,
The resistance change layer is represented by the following formula (1) and is formed of an organic-inorganic halogen compound having a hexagonal crystal structure,
The organic-inorganic halogen compound contains halogen vacancy,
The energy level of the halogen vacancy is higher than the valence band energy level of the organic-inorganic halogen compound and lower than the conduction band energy level, the nonvolatile memory device:
[Formula 1]
Figure 112020053904513-pat00025

In Formula 1, R represents an organic cation, M represents a metal cation, X represents a halogen anion, and x, y and z independently represent real numbers of -0.5 or more and +0.5 or less.
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