KR102359393B1 - Filament-based device with low variation switching voltage implemented using leakage current characteristics in oxide double layers and manufacturing method thereof - Google Patents

Filament-based device with low variation switching voltage implemented using leakage current characteristics in oxide double layers and manufacturing method thereof Download PDF

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KR102359393B1
KR102359393B1 KR1020200102824A KR20200102824A KR102359393B1 KR 102359393 B1 KR102359393 B1 KR 102359393B1 KR 1020200102824 A KR1020200102824 A KR 1020200102824A KR 20200102824 A KR20200102824 A KR 20200102824A KR 102359393 B1 KR102359393 B1 KR 102359393B1
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metal oxide
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박배호
이미정
윤찬수
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건국대학교 산학협력단
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    • H01L45/1253
    • H01L45/146
    • H01L45/1608

Abstract

The present invention provides a filament-based element on which a lower electrode, a first metal oxide, a second metal oxide and an upper electrode are sequentially stacked. The filament-based element uses a hard-breakdown characteristic of the first metal oxide and a high leakage current characteristic of the second metal oxide to allow an end portion of a filament generated in the first metal oxide to play a role of applying an electric field to a local portion of a second metal oxide layer like a conductive tip so as to form a filament close to a single locally limited on the second metal oxide layer.

Description

이중층 산화물에서 누설 전류 특성으로 구현된 저산포 스위칭 전압을 가지는 필라멘트 기반 소자 및 이의 제조방법{Filament-based device with low variation switching voltage implemented using leakage current characteristics in oxide double layers and manufacturing method thereof}Filament-based device with low variation switching voltage implemented using leakage current characteristics in oxide double layers and manufacturing method thereof

본 발명은 이중층 산화물에서 누설 전류 특성으로 구현된 저산포 스위칭 전압을 가지는 필라멘트 기반 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a filament-based device having a low dispersion switching voltage realized as a leakage current characteristic in a double-layer oxide and a method for manufacturing the same.

최근 전자기기의 실시간 처리 정보량의 급증으로 인해 고성능 및 고용량 메모리에 대한 요구가 급증하고 있다. 현재 주력으로 사용되고 있는 DRAM(Dynamic Random-Access Memory) 및 플래시(Flash) 메모리는 메모리 물질 내 저장된 전하량에 의해 발생하는 전압 차를 센싱하는 방식으로 물리적인 한계를 가지고 있다. 이러한 기존 메모리의 대안으로 비휘발성 메모리가 활발히 연구되고 있으며, 이 중 저항변화 메모리(ReRam, Resistive switching RAM)는 수직 방향으로 적층이 가능한 특성으로 고밀도 메모리로써의 가능성을 가지고 있다.Recently, due to the rapid increase in the amount of real-time processing information of electronic devices, the demand for high-performance and high-capacity memory is rapidly increasing. Dynamic random-access memory (DRAM) and flash memory, which are currently mainly used, have physical limitations in sensing the voltage difference generated by the amount of charge stored in the memory material. As an alternative to the conventional memory, non-volatile memory is being actively researched. Among them, resistive switching RAM (ReRam) has the potential as a high-density memory because it can be stacked in a vertical direction.

저항변화 메모리는 산화물의 저항변화 현상을 이용한 것으로, 기본적으로 상부 및 하부 전극 사이에 절연체인 산화물을 포함하는 구조를 가지며, 전압 또는 전류와 같은 외부의 전기적 자극에 의해 절연체 내부에 소프트 브레이크 다운(soft breakdown)이 일어나는 포밍(electroforming) 현상이 발생한다. 포밍 과정에 의해 전도성 경로가 형성되며, 전도성 경로의 확장에 의해 낮은 저항 상태(low resistance state) 및 전도성 경로의 소멸 또는 퇴보에 의해 높은 저항 상태(high resistance state)가 된다. 그리고 이러한 전도성 경로를 전도성 필라멘트(conducting filament)라고 부르기도 한다. The resistance change memory uses the resistance change phenomenon of oxide, and basically has a structure including oxide, which is an insulator, between the upper and lower electrodes, and has a soft breakdown (soft breakdown) inside the insulator by external electrical stimulation such as voltage or current. breakdown) occurs, forming an electroforming phenomenon. A conductive path is formed by the forming process, and a low resistance state is generated by the expansion of the conductive path and a high resistance state is generated by the disappearance or degeneration of the conductive path. And this conductive pathway is also called a conducting filament.

기존의 산화물 기반으로 제작된 스위칭 소자에서는 양이온(cation) 또는 산소 공공(oxygen vacancy)의 이동에 의해 무작위의 멀티 필라멘트가 형성되고, 이는 불안정한 스위칭 현상을 유도하는 원인으로 알려져 있다. 이런 불안정한 스위칭 현상(변동성)은 소자의 안정성 및 신뢰성을 저하시키며 소자 특성의 보존 및 내구성에 심각한 문제를 야기한다. In conventional oxide-based switching devices, random multifilaments are formed by movement of cations or oxygen vacancies, which is known to induce unstable switching. This unstable switching phenomenon (variability) deteriorates the stability and reliability of the device, and causes serious problems in the preservation and durability of device characteristics.

이러한 스위칭 소자의 변동성을 줄이기 위한 방법으로 필라멘트 형성의 두께를 조절하는 방법이 있다. 이는 포밍 시 허용 전류나 펄스 폭을 크게하여 전도성 필라멘트의 두께를 두껍게 형성하여 사이클마다 저항 변화가 안정적으로 일어나게 하는 것이다.As a method for reducing the variability of such a switching element, there is a method of controlling the thickness of the filament formation. This is to increase the allowable current or pulse width during forming to increase the thickness of the conductive filament so that the resistance change occurs stably every cycle.

다만, 필라멘트의 두께를 두껍게하는 경우 필연적으로 요구되는 소비 전력이 증가하게 된다. 즉, 스위칭 소자는 저전력 구동과 신뢰성을 동시에 해결하기 어렵다는 문제점을 가지고 있다. However, when the thickness of the filament is increased, the power consumption required inevitably increases. That is, the switching device has a problem in that it is difficult to solve both low-power driving and reliability at the same time.

한편, 상기 문제를 해결하기 위한 방법으로 얇은(수십 nm) 전도성 팁(tip)을 이용하여 국소적으로 전기장을 인가함으로써 싱글에 가까운 필라멘트를 제작하는 방법이 제안되었다. 하지만, 이 방법은 전도성 팁으로 산화물에 전압을 인가하여 필라멘트를 제작한 후에 상부 전극을 제작하기 때문에 스케일이 큰(inch 단위) 소자의 제작에는 적용이 어려운 한계가 있다.On the other hand, as a method to solve the above problem, a method of producing a filament close to a single by applying an electric field locally using a thin (tens of nm) conductive tip has been proposed. However, this method is difficult to apply to the fabrication of large-scale (inch units) devices because the upper electrode is fabricated after the filament is fabricated by applying a voltage to the oxide with a conductive tip.

따라서, 저항변화 메모리에 사용하기 위한 소자로서, 저전력으로 구동이 가능하면서도 변동성이 낮아 신뢰성이 우수하고, 대면적 및 칩-레벨(chip-level)과 같이 스케일이 큰 단위로도 제작이 가능한 스위칭 소자의 개발이 요구된다. Therefore, as a device for use in a resistance variable memory, it is a switching device that can be driven with low power, has excellent reliability due to low volatility, and can be manufactured in large-scale units such as large-area and chip-level units. development is required.

Appl. Phys. Lett. 98, 192104 (2011)(2011.05.10.)Appl. Phys. Lett. 98, 192104 (2011) (2011.05.10.)

본 발명은 이중층 산화물에서 국소적으로 제한된 싱글에 가까운 전도성 필라멘트를 형성하여, 저전력으로 구동이 가능하면서도 신뢰성 및 안정성을 가지는 필라멘트 기반 소자를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a filament-based device having reliability and stability while being able to operate at low power by forming a locally restricted near-single conductive filament in a double-layer oxide.

본 발명은 하부 전극, 제1 금속 산화물, 제2 금속 산화물 및 상부 전극이 차례로 적층되는 필라멘트 기반 소자에서, 제1 금속 산화물의 하드 브레이크다운(hard-breakdown) 특성 및 제2 금속 산화물의 높은 누설전류 특성을 이용함으로써, 제1 금속 산화물에 생성된 필라멘트의 끝부분이 전도성 팁과 같이 제2 금속 산화물층의 국소적인 부분에 전기장을 인가하는 역할을 함으로써, 제2 금속 산화물층에 국소적으로 제한된 싱글에 가까운 필라멘트를 형성하는 필라멘트 기반 소자를 제공할 수 있다.In a filament-based device in which a lower electrode, a first metal oxide, a second metal oxide, and an upper electrode are sequentially stacked, a hard-breakdown characteristic of the first metal oxide and a high leakage current of the second metal oxide By using the property, the tip of the filament produced in the first metal oxide serves to apply an electric field to a localized portion of the second metal oxide layer, such as a conductive tip, thereby providing a single localized limited to the second metal oxide layer. It is possible to provide a filament-based device that forms a filament close to the.

하나의 실시예로서, 본 발명은 하부 전극층, 하부 전극층 상에 형성되는 제1 금속 산화물층, 제1 금속 산화물층 상에 형성되는 제2 금속 산화물층 및 제2 금속 산화물층 상에 형성되는 상부 전극층을 포함하는 필라멘트 기반 소자로서, 외부의 전기적 자극에 의해 전도성 필라멘트가 생성 또는 소멸되고, 필라멘트 생성(set) 전압의 평균값(μ)에 대한 표준편차(σ)의 비율로 정의되는 변동계수(σ/μ)가 0.1 이하인 필라멘트 기반 소자를 제공할 수 있다.As one embodiment, the present invention provides a lower electrode layer, a first metal oxide layer formed on the lower electrode layer, a second metal oxide layer formed on the first metal oxide layer, and an upper electrode layer formed on the second metal oxide layer. As a filament-based device comprising It is possible to provide a filament-based device in which μ) is 0.1 or less.

하나의 실시예로서, 본 발명은 필라멘트 소멸 상태의 전류값에 대한 필라멘트 생성 상태의 전류값의 비율이 1x104이상일 수 있다. As one embodiment, in the present invention, the ratio of the current value of the filament generation state to the current value of the filament extinction state may be 1x10 4 or more.

하나의 실시예로서, 본 발명은 상기 하부 전극층은 Pt, Au, Ir, TiN, W, Ru, Al, Ta 및 Ni로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. As an embodiment, in the present invention, the lower electrode layer may include at least one selected from the group consisting of Pt, Au, Ir, TiN, W, Ru, Al, Ta, and Ni.

하나의 실시예로서, 본 발명은 상기 상부 전극층은 Au, Ir, Ti, Cu, Al, Ta 및 Ni로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.As one embodiment, in the present invention, the upper electrode layer may include at least one selected from the group consisting of Au, Ir, Ti, Cu, Al, Ta, and Ni.

하나의 실시예로서, 본 발명은 상기 제1 금속 산화물층은 AlOx(x는 1 내지 2)를 포함할 수 있다.As one embodiment, in the present invention, the first metal oxide layer may include AlO x (x is 1 to 2).

하나의 실시예로서, 본 발명은 상기 제2 금속 산화물층은 TiOx(x는 1 내지 2)를 포함할 수 있다. As an embodiment, in the present invention, the second metal oxide layer may include TiO x (x is 1 to 2).

하나의 실시예로서, 본 발명은 상기 제1 금속 산화물층의 두께는 1nm 내지 10nm일 수 있다.As one embodiment, in the present invention, the thickness of the first metal oxide layer may be 1 nm to 10 nm.

하나의 실시예로서, 본 발명은 상기 제2 금속 산화물층의 두께는 20nm 내지 50nm일 수 있다. As an embodiment, in the present invention, the thickness of the second metal oxide layer may be 20 nm to 50 nm.

또한, 본 발명은 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계, 하부 전극층 상에 원자층 증착 장비(atomic layer deposition, ALD)를 이용하여 원자층 증착 방법으로 제1 금속 산화물층을 형성하는 단계, 제1 금속 산화물층 상에 원자층 증착 장비를 이용하여 원자층 증착 방법으로 제2 금속 산화물층을 형성하는 단계 및 제2 금속 산화물층 상에 상부 전극층을 증착 및 패터닝하는 단계를 포함하고, 상기 제1 금속 산화물층은 1V 이상의 전압에서 비가역적 전도성 경로를 형성하고, 상기 제2 금속 산화물층은 1nm의 두께 당 0.1V에서 측정되는 누설 전류 밀도가 1x104(A/m2) 이상인 필라멘트 기반 소자의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention includes the steps of forming a lower electrode layer on a substrate, forming a first metal oxide layer on the lower electrode layer by an atomic layer deposition method using atomic layer deposition (ALD), the first Forming a second metal oxide layer by an atomic layer deposition method using an atomic layer deposition equipment on the metal oxide layer, and depositing and patterning an upper electrode layer on the second metal oxide layer, wherein the first metal The oxide layer forms an irreversible conductive path at a voltage of 1V or more, and the second metal oxide layer has a leakage current density of 1x10 4 (A/m 2 ) or more, measured at 0.1 V per 1 nm thickness. Method of manufacturing a filament-based device can provide

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 필라멘트 기반 소자를 포함하는 저항 변화 메모리를 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a resistance change memory including the filament-based device according to the present invention.

또한, 본 발명은 음 전압을 인가하여 전도성 필라멘트를 생성시키는 제1 포밍 단계 및 양 전압을 인가하여 전도성 필라멘트를 생성시키는 제2 포밍 단계를 포함하고, 양 전압에서 셋-스위칭(set-switching) 및 음 전압에서 리셋-스위칭(reset-switching)이 나타나는 저항 변화 메모리의 구동 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention includes a first forming step of generating a conductive filament by applying a negative voltage and a second forming step of generating a conductive filament by applying a positive voltage, set-switching and A method of driving a resistance variable memory in which reset-switching occurs at a negative voltage may be provided.

본 발명에 따른 필라멘트 기반 소자 및 이의 제조방법은 온(on)/오프(off) 상태의 전류 및 셋(set)/리셋(reset) 전압 값의 변동성이 낮으면서도, 저전력으로 구동이 가능하고, 내구성이 우수한 효과가 있다. A filament-based device and a method for manufacturing the same according to the present invention have low fluctuations in current and set/reset voltage values in an on/off state, and can be driven with low power, durable This has an excellent effect.

도 1은 TiOx의 단일층 필라멘트 기반 소자에 50um의 두께로 Au/Ti 상부 전극층을 증착한 소자(a), TiOx의 단일층 필라멘트 기반 소자 상부에 전도성 원자간력 현미경(conductive atomic force microscope, C-AFM) Tip을 이용한 소자(b) 및 AlOx의 단일층 필라멘트 기반 소자(c)의 구조 및 저항 상태 변화 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 필라멘트 기반 소자의 저항 상태 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 필라멘트 기반 소자에서 전도성 필라멘트가 생성되는 메커니즘을 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명에 따른 필라멘트 기반 소자의 스위칭 전압(a), 변동계수 값(b)을 동일 소자에 대해 50회 측정한 그래프이다.
1 is a device in which an Au/Ti upper electrode layer is deposited to a thickness of 50 μm on a single-layer filament-based device of TiO x (a), and a conductive atomic force microscope (conductive atomic force microscope, on top of a single-layer filament-based device of TiO x ) C-AFM) It is a graph showing the structure and resistance state change results of the device (b) using the tip and the device (c) based on a single-layer filament of AlO x .
2 is a graph showing the result of measuring the resistance state change of the filament-based device according to the present invention.
3 is a diagram illustrating a mechanism in which a conductive filament is generated in a filament-based device according to the present invention.
4 is a graph showing the switching voltage (a) and the coefficient of variation value (b) of the filament-based device according to the present invention measured 50 times for the same device.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.Accordingly, the configuration shown in the embodiment described in the present specification is merely the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application and variations.

본 발명은 하부 전극층, 하부 전극층 상에 형성되는 제1 금속 산화물층, 제1 금속 산화물층 상에 형성되는 제2 금속 산화물층 및 제2 금속 산화물층 상에 형성되는 상부 전극층을 포함하는 필라멘트 기반 소자로서, 외부의 전기적 자극에 의해 전도성 필라멘트가 생성 또는 소멸되고, 필라멘트 생성(set) 전압의 평균값(μ)에 대한 표준편차(σ)의 비율로 정의되는 변동계수(variation value,σ/μ)가 0.1 이하인 필라멘트 기반 소자를 제공한다.A filament-based device including a lower electrode layer, a first metal oxide layer formed on the lower electrode layer, a second metal oxide layer formed on the first metal oxide layer, and an upper electrode layer formed on the second metal oxide layer As , a conductive filament is generated or destroyed by an external electrical stimulus, and the coefficient of variation (σ/μ) defined as the ratio of the standard deviation (σ) to the average value (μ) of the filament generation (set) voltage is A filament-based device of 0.1 or less is provided.

상기 하부 전극층의 전극물질은 이온화도가 작으며 불활성의 성질을 가지는 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 하부 전극층의 전극 물질로는 Pt, Au, Ir, TiN, W, Ru, Al, Ta 및 Ni로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.As the electrode material of the lower electrode layer, a material having a low ionization degree and inert property may be used. For example, as an electrode material of the lower electrode layer, at least one selected from the group consisting of Pt, Au, Ir, TiN, W, Ru, Al, Ta, and Ni may be used.

상기 하부 전극층은 스퍼터링법(sputtering), 화학기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition) 또는 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 이용하여 형성될 수 있다.The lower electrode layer may be formed using sputtering, chemical vapor deposition (CVD), or atomic layer deposition (ALD).

상기 제1 금속 산화물층은 하부 전극층 상에 형성되며, 스퍼터링법, 화학기상증착법 또는 원자층 증착법을 이용하여 형성될 수 있다.The first metal oxide layer is formed on the lower electrode layer, and may be formed using a sputtering method, a chemical vapor deposition method, or an atomic layer deposition method.

이때, 제1 금속 산화물층의 금속 산화물은 화학 양론적 또는 화학 비양론적 전이 금속을 포함할 수 있으며, 하드-브레이크다운(hard-breakdown) 특성을 가지는 금속 산화물을 이용할 수 있다.In this case, the metal oxide of the first metal oxide layer may include a stoichiometric or non-stoichiometric transition metal, and a metal oxide having a hard-breakdown characteristic may be used.

구체적으로, 상기 제1 금속 산화물층을 형성하는 금속 산화물은 │1│V 이상의 전압에서 비가역적 전도성 경로를 형성할 수 있으며, 예를 들어, │1.5│V 이상, │2│V 이상, │2.5│V 이상 또는 │3│V 이상의 전압에서 비가역적 전도성 경로를 형성하는 하드-브레이크다운 특성을 가질 수 있다. Specifically, the metal oxide forming the first metal oxide layer may form an irreversible conductive path at a voltage of │1│V or more, for example, │1.5│V or more, │2│V or more, │2.5 It may have a hard-breakdown characteristic that forms an irreversible conductive path at voltages above |V or above |3|V.

상기 특성을 나타내는 금속 산화물의 예를 들면, AlOx(여기서, x는 1 내지 2일 수 있다.)일 수 있다. AlOx는 하드-브레이크다운 특성 외에도 리셋 전류가 낮고 8.9eV의 높은 밴드갭을 가지고 있어 초대형 스케일의 메모리 소자에 사용 가능한 장점이 있다. 또한, AlOx는 필라멘트 기반 소자의 완충층 역할을 함으로써, 다른 산화물과 적층 시 소자의 균일성 향상에 도움이 될 수 있다.For example, the metal oxide exhibiting the above characteristics may be AlO x (where x may be 1 to 2). In addition to hard-breakdown characteristics, AlO x has a low reset current and a high bandgap of 8.9 eV, so it can be used for very large-scale memory devices. In addition, AlO x serves as a buffer layer of the filament-based device, which can help improve the uniformity of the device when stacked with other oxides.

이때, 상기 제1 금속 산화물층의 두께는 1nm 내지 10nm일 수 있으며, 예를 들어, 2nm 내지 9nm, 3nm 내지 8nm, 4nm 내지 8nm, 5nm 내지 8nm, 4nm 내지 7nm 또는 4nm 내지 6nm일 수 있다. 상기와 같은 두께를 가지는 경우 포밍 전압을 낮추어 전압의 과공급 없이 균일한 스위칭을 구현할 수 있고, 국소적으로 얇은 필라멘트를 생성함으로써, 셋 또는 리셋 시 전류 및 전압의 변동성을 줄일 수 있다.In this case, the thickness of the first metal oxide layer may be 1 nm to 10 nm, for example, 2 nm to 9 nm, 3 nm to 8 nm, 4 nm to 8 nm, 5 nm to 8 nm, 4 nm to 7 nm, or 4 nm to 6 nm. When the thickness is as described above, uniform switching can be realized without oversupply of voltage by lowering the forming voltage, and variations in current and voltage can be reduced during set or reset by locally generating a thin filament.

상기 제2 금속 산화물층은 상기 제1 금속 산화물층 상에 형성되며, 스퍼터링법, 화학기상증착법 또는 원자층 증착법을 이용하여 형성될 수 있다.The second metal oxide layer is formed on the first metal oxide layer, and may be formed using a sputtering method, a chemical vapor deposition method, or an atomic layer deposition method.

이때, 제2 금속 산화물층의 금속 산화물은 화학 양론적 또는 화학 비양론적 전이 금속을 포함할 수 있으며, 높은 누설 전류 특성을 가지는 금속 산화물을 이용할 수 있다.In this case, the metal oxide of the second metal oxide layer may include a stoichiometric or non-stoichiometric transition metal, and a metal oxide having a high leakage current characteristic may be used.

구체적으로, 상기 제2 금속 산화물층을 형성하는 금속 산화물은 1nm의 두께 당 0.1V에서 측정되는 누설 전류 밀도가 1x104(A/m2) 이상일 수 있으며, 예를 들어, 1x104 내지 1x106(A/m2) 또는 1x104 내지 1x105(A/m2)일 수 있다. Specifically, the metal oxide forming the second metal oxide layer may have a leakage current density measured at 0.1 V per 1 nm thickness of 1x10 4 (A/m 2 ) or more, for example, 1x10 4 to 1x10 6 ( A/m 2 ) or 1x10 4 to 1x10 5 (A/m 2 ).

상기 특성을 나타내는 금속 산화물의 예를 들면, TiOx(x는 1 내지 2)일 수 있다.For example, the metal oxide exhibiting the above characteristics may be TiO x (x is 1 to 2).

이때, 상기 제2 금속 산화물층의 두께는 20nm 내지 50nm일 수 있으며, 예를 들어, 20nm 내지 40nm, 30nm 내지 50nm, 25nm 내지 40nm, 30nm 내지 45nm, 30nm 내지 40nm 또는 33nm 내지 37nm일 수 있다. 포밍 전압은 산화물층의 두께에 주로 비례하지만, 너무 얇은 산화물층의 두께는 소자의 안정성 및 신뢰성에 결함을 일으킬 수 있다. 따라서, 상기와 같은 두께를 가짐으로써, 전압의 과공급 없이 균일한 스위칭을 구현할 수 있고, 국소적으로 얇은 필라멘트를 생성함으로써, 셋 또는 리셋 시 전류 및 전압의 변동성을 줄일 수 있다.In this case, the thickness of the second metal oxide layer may be 20 nm to 50 nm, for example, 20 nm to 40 nm, 30 nm to 50 nm, 25 nm to 40 nm, 30 nm to 45 nm, 30 nm to 40 nm or 33 nm to 37 nm. Although the forming voltage is mainly proportional to the thickness of the oxide layer, the thickness of the oxide layer that is too thin may cause defects in the stability and reliability of the device. Therefore, by having the thickness as described above, uniform switching can be implemented without oversupply of voltage, and by generating a thin filament locally, it is possible to reduce the variability of current and voltage during set or reset.

본 발명은 상기와 같이 제1 금속 산화물의 하드 브레이크다운(hard-breakdown) 특성 및 제2 금속 산화물의 높은 누설전류 특성을 이용함으로써, 제1 금속 산화물에 생성된 필라멘트의 끝부분이 전도성 팁과 같이 제2 금속 산화물층의 국소적인 부분에 전기장을 인가하는 역할을 하여, 제2 금속 산화물층에 국소적으로 제한된 싱글에 가까운 필라멘트를 형성하는 필라멘트 기반 소자를 제공할 수 있다.The present invention uses the hard-breakdown characteristic of the first metal oxide and the high leakage current characteristic of the second metal oxide as described above, so that the tip of the filament generated in the first metal oxide is similar to the conductive tip. It is possible to provide a filament-based device that serves to apply an electric field to a local portion of the second metal oxide layer to form near-single filaments locally confined to the second metal oxide layer.

상기 제1 금속 산화물층 및 제2 금속 산화물층은 필라멘트의 생성 및 소멸에 따라 저항변화를 가질 수 있다.The first metal oxide layer and the second metal oxide layer may have a change in resistance according to the generation and disappearance of the filament.

상기와 같은 구성을 가짐으로써, 본 발명의 필라멘트 기반 소자는 저전력으로 구동이 가능하면서도 신뢰성을 동시에 확보할 수 있다.By having the above configuration, the filament-based device of the present invention can be driven with low power while ensuring reliability at the same time.

예를 들면, 상기 구성을 가지는 필라멘트 기반 소자는 필라멘트 생성(set) 전압의 평균값(μ)에 대한 표준편차(σ)의 비율로 정의되는 변동계수(variation value, σ/μ)가 0.1 이하일 수 있다.For example, the filament-based device having the above configuration may have a variation value (σ/μ) defined as the ratio of the standard deviation (σ) to the average value (μ) of the filament generation (set) voltage is 0.1 or less. .

상기 변동계수는 음극과 양극에서 전압을 인가하여 각각 포밍(forming)한 후 전압을 인가하였을 때 필라멘트의 생성이 일어나는 전압(set voltage, 셋 전압)을 측정하여 값을 계산할 수 있다.The coefficient of variation can be calculated by measuring a voltage (set voltage) at which filaments are generated when voltage is applied after forming by applying a voltage to the cathode and the anode, respectively.

구체적으로, 상기 변동계수를 계산하기 위한 셋 전압을 측정하는 단계는 -3 내지 -10V의 전압을 인가하여 첫번째 포밍 과정을 거치고, 3 내지 5V의 전압을 인가하여 두번째 포밍 과정을 거친 후, 1 내지 3V의 전압을 인가하여 필라멘트가 생성되는 전압을 측정함으로써 수행할 수 있다.Specifically, the step of measuring the set voltage for calculating the coefficient of variation includes a first forming process by applying a voltage of -3 to -10V, a second forming process by applying a voltage of 3 to 5V, and then 1 to This can be done by measuring the voltage at which the filament is generated by applying a voltage of 3V.

상기 셋 전압의 평균값(μ)은 0.3 내지 3V일 수 있으며, 예를 들어, 0.5 내지 2.5V, 0.8 내지 2V, 1 내지 2V, 1.1 내지 1.9V 또는 1.2 내지 1.8V 일 수 있다.The average value (μ) of the set voltages may be 0.3 to 3V, for example, 0.5 to 2.5V, 0.8 to 2V, 1 to 2V, 1.1 to 1.9V, or 1.2 to 1.8V.

상기 셋 전압의 표준편차(σ)는 0.05 내지 0.25V, 0.08 내지 0.2V, 0.1 내지 0.2V, 0.11 내지 0.19V 또는 0.12 내지 0.18V 일 수 있다.The standard deviation (σ) of the set voltage may be 0.05 to 0.25V, 0.08 to 0.2V, 0.1 to 0.2V, 0.11 to 0.19V, or 0.12 to 0.18V.

상기와 같은 변동계수 값을 가지는 경우, 셋 전압이 거의 일정하고 변동성이 적어, 신뢰성이 우수한 필라멘트 소자를 제공할 수 있다.In the case of having the coefficient of variation value as described above, the set voltage is almost constant and there is little variation, thereby providing a filament device having excellent reliability.

또한, 본 발명에 따른 필라멘트 소자는 필라멘트 소멸 상태(off-state)의 전류값에 대한 필라멘트 생성 상태(on-state)의 전류값의 비율이 높은 필라멘트 기반 소자를 제공할 수 있다. In addition, the filament device according to the present invention can provide a filament-based device having a high ratio of the current value of the filament generation state (on-state) to the current value of the filament extinction state (off-state).

상기 필라멘트 소멸 상태의 전류값에 대한 필라멘트 생성 상태의 전류값의 비율은 예를 들어, 1x103 이상, 1x104 이상 또는 1x105 이상일 수 있다.The ratio of the current value of the filament generation state to the current value of the filament extinction state may be, for example, 1x10 3 or more, 1x10 4 or more, or 1x10 5 or more.

상기와 같은 필라멘트 소멸 상태의 전류값에 대한 필라멘트 생성 상태의 전류값을 가지는 경우, 오작동을 방지하고 신뢰성이 높은 필라멘트 소자를 제공할 수 있다.When the current value of the filament generation state with respect to the current value of the filament extinction state as described above, it is possible to prevent malfunction and provide a highly reliable filament device.

상기 상부 전극층은 제2 금속 산화물층 상에 형성되며, 스퍼터링법, 화학기상증착법 또는 원자층 증착법을 이용하여 형성될 수 있다.The upper electrode layer is formed on the second metal oxide layer, and may be formed using a sputtering method, a chemical vapor deposition method, or an atomic layer deposition method.

상기 상부 전극층의 전극물질은 이온화도가 크고 활성이 우수한 성질을 가지는 것으로, 전압이나 전류와 같은 외부의 전기적 자극에 의해 전도성 필라멘트를 생성 및 소멸시킬 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상부 전극층의 전극 물질로는 Au, Ir, Ti, Cu, Al, Ta 및 Ni로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상부 전극층의 전극물질로 Au 및 Ti를 사용할 수 있다.The electrode material of the upper electrode layer has a high degree of ionization and excellent activity, and a material capable of generating and destroying conductive filaments by external electrical stimulation such as voltage or current may be used. Specifically, as the electrode material of the upper electrode layer, at least one selected from the group consisting of Au, Ir, Ti, Cu, Al, Ta and Ni may be used, for example, Au and Ti may be used as the electrode material of the upper electrode layer. can

상기 상부 전극층은 제2 금속 산화물층 상에 증착 후 패터닝을 더 수행할 수 있다. 상기 증착 및 패터닝의 방법으로는 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 전자 빔 리소그라피(electron-beam lithography) 등을 이용하여 전극 사이즈 및 모양을 패터닝할 수 있고, 패턴된 부분에 전자빔 물리 기상 증착(electron-beam physical vapor deposition) 등을 이용하여 금속을 증착해도 좋다. The upper electrode layer may be further patterned after deposition on the second metal oxide layer. As a method of the deposition and patterning, a known method may be used, for example, the electrode size and shape may be patterned using electron-beam lithography, etc., and electron beam physical vapor deposition on the patterned portion The metal may be deposited using electron-beam physical vapor deposition or the like.

또한, 본 발명은 본 발명의 필라멘트 기반 소자 또는 본 발명의 필라멘트 기반 소자의 제조방법으로 제조된 필라멘트 기반 소자를 포함하는 저항 변화 메모리를 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a resistance change memory including a filament-based device of the present invention or a filament-based device manufactured by the method of manufacturing a filament-based device of the present invention.

저항 변화 메모리는 절연체에서 나타나는 저항 변화 현상을 이용하여 정보를 저장하는 메모리이다. 본 발명에 따른 필라멘트 소자를 포함하는 저항 변화 메모리는 외부의 전기적 자극에 의해 제1 및 제2 금속 산화물층의 내부에 전도성 필라멘트가 생성 및 소멸 될 수 있고, 전도성 필라멘트의 생성 시 낮은 저항상태(low resistance state) 및 소멸 시 높은 저항상태(high resistance state)가 된다. 따라서, 본 발명에 따른 필라멘트 소자를 포함하는 저항 변화 메모리는 싱글에 가까운 필라멘트를 생성하여 낮은 변동계수를 가지며, 신뢰성이 우수하고, 안정성이 우수한 소자를 제공하기 때문에 안정적인 스위칭 특성을 유지할 수 있다.The resistance change memory is a memory that stores information by using the resistance change phenomenon that appears in an insulator. In the resistance change memory including the filament device according to the present invention, conductive filaments can be generated and destroyed inside the first and second metal oxide layers by external electrical stimulation, and when the conductive filaments are generated, a low resistance state (low resistance state) and becomes a high resistance state upon extinction. Therefore, the resistance change memory including the filament device according to the present invention can maintain stable switching characteristics because it provides a device having a low coefficient of variation, excellent reliability, and excellent stability by generating a filament close to a single.

이하에서는 본 발명의 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 이들 실시예 및 비교예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention. These Examples and Comparative Examples are merely presented by way of example in order to explain the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예><Example>

본 발명에 따른 이중층 산화물 필라멘트 기반 소자의 제조Fabrication of a double-layer oxide filament-based device according to the present invention

하부 전극층으로 Pt를 사용하고, 하부 전극층 상에 AlOx를 원자층 증착 장비를 이용하여 원자층 증착 방법으로 4nm 두께로 증착하였다. 그 후, AlOx가 형성된 상부에 TiOx를 원자층 증착 방법으로 30nm의 두께로 증착하였다. 이 후 50um의 두께로 Au/Ti 상부 전극층을 증착하여 필라멘트 기반 소자를 제조하였다.Pt was used as the lower electrode layer, and AlO x was deposited on the lower electrode layer to a thickness of 4 nm using an atomic layer deposition method using an atomic layer deposition method. Thereafter, TiO x was deposited to a thickness of 30 nm by an atomic layer deposition method on the AlO x formed thereon. Thereafter, an Au/Ti upper electrode layer was deposited to a thickness of 50 μm to prepare a filament-based device.

TiOTiO xx 의 단일층 필라멘트 기반 소자의 제조Fabrication of Single-Layered Filament-Based Devices

하부 전극층으로 Pt를 사용하고, TiOx를 원자층 증착 방법으로 30nm의 두께로 증착하여 단일층 필라멘트 기반 소자를 제조하였다.A single-layer filament-based device was manufactured by using Pt as the lower electrode layer and depositing TiO x to a thickness of 30 nm by an atomic layer deposition method.

AlOAlO xx 의 단일층 필라멘트 기반 소자의 제조 Fabrication of Single-Layered Filament-Based Devices

하부 전극층으로 Pt를 사용하고, AlOx를 원자층 증착 방법으로 30nm의 두께로 증착하였다. 이후 50um의 두께로 Au/Ti 상부 전극층을 증착하여 단일층 필라멘트 기반 소자를 제조하였다.Pt was used as the lower electrode layer, and AlO x was deposited to a thickness of 30 nm by an atomic layer deposition method. Thereafter, an Au/Ti upper electrode layer was deposited to a thickness of 50 μm to prepare a single-layer filament-based device.

<실험예><Experimental example>

도 1에 TiOx의 단일층 필라멘트 기반 소자에 50um의 두께로 Au/Ti 상부 전극층을 증착한 소자(도 1의 a), TiOx의 단일층 필라멘트 기반 소자 상부에 전도성 원자간력 현미경(conductive atomic force microscope, C-AFM) Tip을 이용한 소자(도 1의 b) 및 AlOx의 단일층 필라멘트 기반 소자(도 1의 c)의 저항 상태 변화 결과를 나타내었다. 1 shows a device in which an Au/Ti upper electrode layer is deposited to a thickness of 50 μm on a single-layer filament - based device of TiO x ( FIG. 1 a ), a conductive atomic force microscope ( The resistance state change results of a device using a force microscope (C-AFM) tip (FIG. 1b) and a single-layer filament - based device of AlOx (FIG. 1c) are shown.

도 1(a)의 경우 TiOx의 누설 전류 밀도 값은 0.1V에서 2x106A/m2로서 높은 누설 전류 특성을 확인 할 수 있으며, 도 1(b)의 경우 메모리 스위칭 현상이 나타나는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 C-AFM Tip이 닿는 부분에 국소적인 필드가 가해져 싱글에 가까운 필라멘트가 형성되어 안정적인 스위칭이 유도된 것으로 보인다. In the case of Fig. 1(a), the leakage current density value of TiO x is 2x10 6 A/m 2 at 0.1V, which confirms the high leakage current characteristic, and in the case of Fig. 1(b), it can be confirmed that the memory switching phenomenon appears. could This seems to induce stable switching by forming a filament close to a single by applying a local field to the part where the C-AFM tip touches.

한편, 도 1(c)에서 AlOx는 하드-브레이크다운 특성이 나타났다. 구체적으로, AlOx는 2V에서 비가역적 전도성 경로를 형성하였다. On the other hand, in FIG. 1(c), AlO x showed a hard-breakdown characteristic. Specifically, AlO x formed an irreversible conductive path at 2V.

이 결과를 바탕으로 본 발명과 같은 TiOx AlOx를 이용한 이중층 산화물의 필라멘트 기반 소자를 제조할 수 있었다. Based on this result, TiO x and A filament-based device of a double-layer oxide using AlO x could be fabricated.

스위칭 특성switching characteristics

도 2는 본 발명의 필라멘트 기반 소자의 저항 상태 변화를 측정한 결과이다. -전압에서 첫번째 포밍 및 +전압에서 두번째 포밍 과정(도 2(a))을 거쳐 +전압에서 셋 스위칭(set switching) 및 -전압에서 리셋 스위칭(reset switching)이 나타나는 안정적인 스위칭 현상을 관찰할 수 있다. 또한, 도 2(c)에는 필라멘트 소멸 상태(off-state)의 전류값에 대한 필라멘트 생성 상태(on-state)의 전류값의 비율이 1x104으로 높은 전류 on/off 비율을 확인 할 수 있다. 2 is a result of measuring the resistance state change of the filament-based device of the present invention. Through the first forming process at -voltage and the second forming process at +voltage (Fig. 2(a)), a stable switching phenomenon in which set switching at + voltage and reset switching at - voltage occur can be observed. . In addition, in Fig. 2(c), the ratio of the current value of the filament generation state (on-state) to the current value of the filament extinction state (off-state) is 1x10 4 It can be confirmed that the high current on/off ratio.

메커니즘mechanism

도 3은 측정 결과들을 토대로 제안된 메커니즘으로 두번의 포밍 과정을 거치면(도 3(a)) TiOx의 높은 누설 전류 때문에 AlOx에 대부분의 전기장이 가해지고, AlOx에 필라멘트가 형성된다. 그 필라멘트의 끝부분에서 국소적으로 인가되는 전기장 때문에 싱글에 가까운 필라멘트가 TiOx에 형성되어 전압 방향에 따른 저항 변화 스위칭 현상을 일으킨다(도 3의(b)). 즉, 하부 쪽에 형성된 AlOx의 필라멘트 끝부분이 AFM-tip과 같이 TiOx층의 국소적인 부분에 전기장을 인가하는 역할을 하고 그 결과로 싱글에 가까운 필라멘트가 TiOx층 내에 형성된 것으로 예상 할 수 있다.3 is a mechanism proposed based on the measurement results. When the forming process is performed twice (FIG. 3(a)), most of the electric field is applied to AlO x due to the high leakage current of TiO x , and a filament is formed in AlO x . Due to the electric field applied locally at the tip of the filament, a filament close to a single is formed in TiO x , causing a resistance change switching phenomenon according to the voltage direction (FIG. 3(b)). That is, the tip of the AlO x filament formed on the lower side serves to apply an electric field to the local part of the TiO x layer like the AFM-tip, and as a result, it can be expected that a filament close to a single is formed in the TiO x layer. .

변동성 및 내구성Volatility and Durability

대형 스케일의 메모리 제조에 있어서 변동성은 장치의 대량 생산을 위해 매우 중요한 요소이다. 상기 변동성이 커지면, 메모리 소자의 읽기 쓰기 마진을 감소 시키게 되고, 특히, 장치의 레벨이 커짐에 따라 한 도선에 연결된 소자 수가 증가하면 오작동을 일으키게 되는 원인이 된다.In large scale memory manufacturing, variability is a very important factor for mass production of devices. If the variability increases, the read/write margin of the memory element is reduced, and in particular, if the number of elements connected to one conductor increases as the level of the device increases, it causes a malfunction.

본 발명의 필라멘트 기반 소자의 변동성을 측정하기 위하여 probe station과 계측장비(Agilent 4156B, HP社, 미국)를 연결하여 probe tip과 샘플을 접촉한 후 probe tip에 전압을 인가하여 샘플의 전기적 특성을 확인하였다. 이때, -7V 전압을 인가하여 첫번째 포밍 후, +5V 전압을 인가하여 두번째 포밍 과정을 거쳤다. 이후 +2V의 전압을 인가하여, 셋 스위칭 및 -2V전압을 인가하여 리셋 스위칭이 일어나는 스위칭 현상을 관찰하였다.In order to measure the variability of the filament-based device of the present invention, a probe station and measuring equipment (Agilent 4156B, HP, USA) were connected, the probe tip and the sample were contacted, and then a voltage was applied to the probe tip to check the electrical characteristics of the sample. did At this time, after the first forming by applying a voltage of -7V, a second forming process was performed by applying a voltage of +5V. Thereafter, a switching phenomenon in which a voltage of +2V was applied, and a reset switching occurred by applying a voltage of -2V and set switching was observed.

도 4(a)는 상기 방법으로 필라멘트 기반 소자의 스위칭 전압을 50 번의 횟수로 측정한 결과로서, 셋 및 리셋 전압이 고르게 나타나는 것을 확인 할 수 있다.4 (a) is a result of measuring the switching voltage of the filament-based device 50 times by the above method, it can be confirmed that the set and reset voltages appear evenly.

도 4(b)는 앞의 실험 결과를 토대로 셋 및 리셋 전압의 변동계수 값을 계산한 결과로서, 셋 전압의 변동계수 값이 0.08 이하로 낮은 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. 4(b) is a result of calculating the coefficient of variation of the set and reset voltages based on the experimental results, and it can be seen that the value of the coefficient of variation of the set voltage is as low as 0.08 or less.

이때, 변동계수 값은 셋 전압의 평균값(μ)에 대한 셋 전압의 표준편차(σ)의 비율을 나타낸 것이다. In this case, the coefficient of variation value represents the ratio of the standard deviation (σ) of the set voltage to the average value (μ) of the set voltage.

본 발명의 필라멘트 기반 소자는 상기와 같이 낮은 변동계수 값을 가짐으로써, 스위칭 사이클에 대한 변동성이 적고, 따라서, 사이클마다 생성되는 전도성 필라멘트가 균일함을 알 수 있다. 변동계수 값을 가지는 경우, 셋 전압이 거의 일정하고 변동성이 적어, 신뢰성이 우수한 필라멘트 소자를 제공할 수 있다.It can be seen that the filament-based device of the present invention has a low coefficient of variation value as described above, and thus there is little variation with respect to a switching cycle, and thus, a conductive filament generated for each cycle is uniform. In the case of having a value of the coefficient of variation, the set voltage is almost constant and there is little variation, so that a filament device having excellent reliability can be provided.

특히, 본 발명에 따른 필라멘트 기반 소자는 도 4(a)에 나타난 바와 같이 셋 전압이 2V 이내임에도 불구하고, 낮은 변동성을 가짐으로써, 저전력으로 구동이 가능하면서도(필라멘트의 두께가 얇으면서도) 높은 신뢰성을 제공함을 알 수 있다.In particular, the filament-based device according to the present invention has low variability despite the set voltage being within 2V as shown in FIG. It can be seen that provides

뿐만 아니라, 도 2(c)에는 한 소자에 대해 50번의 저항변화를 측정한 결과를 나타내었는데, 50번의 실험에도 on/off 상태의 안정적인 스위칭 특성을 유지하는 것을 확인 할 수 있었다. In addition, Fig. 2(c) shows the result of measuring the resistance change 50 times for one device, and it was confirmed that the stable switching characteristic of the on/off state was maintained even after 50 experiments.

Claims (11)

하부 전극층;
하부 전극층 상에 형성되고, 1V 이상의 전압에서 비가역적 전도성 경로를 형성하는 제1 금속 산화물층;
제1 금속 산화물층 상에 형성되고, 1nm의 두께 당 0.1V에서 측정되는 누설 전류 밀도가 1x104(A/m2) 이상인 제2 금속 산화물층; 및
제2 금속 산화물층 상에 형성되는 상부 전극층을 포함하는 필라멘트 기반 소자로서,
상기 제1 금속 산화물층의 두께는 1nm 내지 10nm이고,
상기 제2 금속 산화물층의 두께는 20nm 내지 50nm이며,
외부의 전기적 자극에 의해 전도성 필라멘트가 생성 또는 소멸되고,
필라멘트 생성(set) 전압의 평균값(μ)에 대한 표준편차(σ)의 비율로 정의되는 변동계수(σ/μ)가 0.1 이하인 필라멘트 기반 소자.
lower electrode layer;
a first metal oxide layer formed on the lower electrode layer and forming an irreversible conductive path at a voltage of 1V or higher;
a second metal oxide layer formed on the first metal oxide layer and having a leakage current density of 1x10 4 (A/m 2 ) or more, measured at 0.1 V per 1 nm in thickness; and
A filament-based device comprising an upper electrode layer formed on a second metal oxide layer,
The thickness of the first metal oxide layer is 1 nm to 10 nm,
The thickness of the second metal oxide layer is 20 nm to 50 nm,
Conductive filaments are created or destroyed by external electrical stimulation,
A filament-based device with a coefficient of variation (σ/μ) of 0.1 or less, defined as the ratio of the standard deviation (σ) to the average value (μ) of the filament generation (set) voltage.
제1항 있어서,
필라멘트 소멸 상태의 전류값에 대한 필라멘트 생성 상태의 전류값의 비율이 1x104이상인 필라멘트 기반 소자.
The method of claim 1,
A filament-based device in which the ratio of the current value in the filament generation state to the current value in the filament extinction state is 1x10 4 or more.
제1항에 있어서,
상기 하부 전극층은 Pt, Au, Ir, TiN, W, Ru, Al, Ta 및 Ni로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 필라멘트 기반 소자.
According to claim 1,
The lower electrode layer is a filament-based device comprising at least one selected from the group consisting of Pt, Au, Ir, TiN, W, Ru, Al, Ta and Ni.
제1항에 있어서,
상기 상부 전극층은 Au, Ir, Ti, Cu, Al, Ta 및 Ni로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 필라멘트 기반 소자.
According to claim 1,
The upper electrode layer is a filament-based device comprising at least one selected from the group consisting of Au, Ir, Ti, Cu, Al, Ta and Ni.
제1항 있어서,
상기 제1 금속 산화물층은 AlOx(x는 1 내지 2)를 포함하는 필라멘트 기반 소자.
The method of claim 1,
The first metal oxide layer is a filament-based device comprising AlO x (x is 1 to 2).
제1항 있어서,
상기 제2 금속 산화물층은 TiOx(x는 1 내지 2)를 포함하는 필라멘트 기반 소자.
The method of claim 1,
The second metal oxide layer is a filament-based device comprising TiO x (x is 1 to 2).
삭제delete 삭제delete 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계;
하부 전극층 상에 원자층 증착 장비(atomic layer deposition, ALD)를 이용하여 원자층 증착 방법으로 제1 금속 산화물층을 형성하는 단계;
제1 금속 산화물층 상에 원자층 증착 장비를 이용하여 원자층 증착 방법으로 제2 금속 산화물층을 형성하는 단계; 및
제2 금속 산화물층 상에 상부 전극층을 증착 및 패터닝하는 단계를 포함하는 제1항의 필라멘트 기반 소자의 제조방법.
forming a lower electrode layer on a substrate;
forming a first metal oxide layer on the lower electrode layer by an atomic layer deposition method using atomic layer deposition (ALD);
forming a second metal oxide layer on the first metal oxide layer by an atomic layer deposition method using an atomic layer deposition equipment; and
The method of claim 1, comprising depositing and patterning an upper electrode layer on the second metal oxide layer.
제1항의 필라멘트 기반 소자를 포함하는 저항 변화 메모리.
A resistance change memory comprising the filament-based device of claim 1 .
음 전압을 인가하여 전도성 필라멘트를 생성시키는 제1 포밍 단계; 및
양 전압을 인가하여 전도성 필라멘트를 생성시키는 제2 포밍 단계를 포함하고,
양 전압에서 셋-스위칭(set-switching) 및 음 전압에서 리셋-스위칭(reset-switching)이 나타나는 제10항의 저항 변화 메모리의 구동 방법.
A first forming step of generating a conductive filament by applying a negative voltage; and
A second forming step of generating a conductive filament by applying a positive voltage,
The method of claim 10 , wherein set-switching at a positive voltage and reset-switching at a negative voltage occur.
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