KR102369364B1 - Switch device and method of preapring the same - Google Patents
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Abstract
본 출원은 스위치 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 서로 다른 분극방향을 가지는 강유전체 초박막을 전해질로 이용하고 금속 이온의 이동을 제어함으로써 저전력 고집적 뉴런 특성 모방이 가능한 스위치 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a switch element and a method for manufacturing the same, and to a switch element capable of mimicking the characteristics of a low-power, highly integrated neuron by using a ferroelectric ultra-thin film having different polarization directions as an electrolyte and controlling the movement of metal ions, and a method for manufacturing the same.
Description
본 출원은 스위치 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 서로 다른 분극방향을 가지는 강유전체 초박막을 전해질로 이용하고 금속 이온의 이동을 제어함으로써 저전력 고집적 뉴런 특성 모방이 가능한 스위치 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a switch element and a method for manufacturing the same, and to a switch element capable of mimicking the characteristics of a low-power, highly integrated neuron by using a ferroelectric ultra-thin film having different polarization directions as an electrolyte and controlling the movement of metal ions, and a method for manufacturing the same.
현재 4차산업 혁명의 핵심인 인공지능은 인지, 학습, 추측등이 가능하다. 이를 위해서는 방대한 데이터 양을 처리해야 그 특성 구현이 가능하다. 기존의 정보를 직렬방식으로 처리하는 폰-노이만 컴퓨팅(von Neumann computing) 은 정보처리 부분과 메모리 부분이 나눠져 있어 방대한 양의 데이터를 처리할 경우 병목현상이 발생하여 실시간 학습에 어려움을 야기한다. Artificial intelligence, the core of the current 4th industrial revolution, is capable of cognition, learning, and guessing. For this, it is possible to realize the characteristic by processing a huge amount of data. In von Neumann computing, which processes existing information in a serial manner, the information processing part and the memory part are divided, so when processing a large amount of data, a bottleneck occurs, causing difficulties in real-time learning.
반면에 ~1000억개의 신경세포 (뉴런)과 100조개 이상의 시냅스가 존재하는 인간의 뇌는 데이터의 처리와 저장을 동시에 하는 병렬처리시스템임과 동시에 효율적인 전력 및 에너지를 소비한다. 이 생물학적 인간의 뇌 특성을 모방하는 시스템이 신경모방 컴퓨팅(neuromorphic computing) 이다. 초고집적이며, 초저전력의 인간 뇌를 모방하는 신경모방 컴퓨팅(neuromorphic computing)에서, 인공 뉴런 소자는 시냅스 소자에서 업데이트 된 신호들을 통합(integration) 하여 특정 포텐셜을 넘기게 되면 발화(firing) 하는 생물학적 뉴런 특성을 모방한다. 이 특성을 구현하기 위해 단순 firing 특성의 스위치 소자인 실리콘 기반 트랜지스터는 integration 특성을 구현하는데 어려움이 있고, 비효율적인 전력 소비량의 단점을 가지고 있어 신경모방 컴퓨팅의 장점인 초저전력을 구현하기위한 뉴런 소자로 응용하기에는 한계가 있다. On the other hand, the human brain, with ~100 billion neurons (neurons) and more than 100 trillion synapses, is a parallel processing system that processes and stores data at the same time and consumes efficient power and energy. A system that mimics this biological human brain characteristic is called neuromorphic computing. In neuromorphic computing that mimics the human brain with ultra-high density and ultra-low power, artificial neuron devices integrate updated signals from synaptic devices and fire biological neurons when a specific potential is passed. imitate the characteristics. To realize this characteristic, a silicon-based transistor, a switch element with simple firing characteristics, has difficulty in implementing integration characteristics and has a disadvantage of inefficient power consumption. There are limits to its application.
또한, 이온 이동의 동작원리를 가지는 메모리 소자는 급작스럽게 변화하는 저항을 이용하여 뉴런의 integration and firing 특성을 모사 가능하나, 한 번 integration and firing 한 후, 다시 전압을 인가하여 저항을 높은 상태로 바꿔줘야 하는 단점이 있다.In addition, a memory device with the operating principle of ion movement can simulate the integration and firing characteristics of neurons using abruptly changing resistance. There is a downside to
따라서, 기존의 실리콘 기반 트랜지스터와 이온 이동의 동작원리를 가지는 메모리소자의 비효율적인 에너지 소비량과 소자의 off-state process가 필요하다는 각각의 단점을 극복할 수 있는 연구가 필요한 시점이다.Therefore, it is a time for research to overcome each of the disadvantages of inefficient energy consumption and the need for an off-state process of the conventional silicon-based transistor and the memory device having the ion movement principle.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 서로 다른 분극방향을 가지는 강유전체 초박막을 전해질로 이용하고 금속 이온의 이동을 제어함으로써 저전력 고집적 뉴런 특성 모방 가능한 스위치 소자 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present application, an object of the present application is to provide a switch device capable of mimicking the characteristics of a low-power, high-integration neuron by using a ferroelectric ultra-thin film having different polarization directions as an electrolyte and controlling the movement of metal ions, and a method for manufacturing the same.
본 출원의 일 측면은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계; 상기 하부 전극층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 활성 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 스위치 소자의 제조 방법에 관한 것이다.One aspect of the present application comprises the steps of preparing a substrate; forming a lower electrode layer on the substrate; forming an active layer on the lower electrode layer; and forming an active metal layer on the active layer.
본 출원의 다른 측면은 기판; 상기 기판 상에 형성되는 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상에 형성되는 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성되는 활성 금속층을 포함하며, 상기 활성 금속층에 (+) 방향의 전압이 인가되는 경우 높은 저항에서 낮은 저항으로 급진적인 저항 변화 상태를 나타내며, 인가된 (+) 방향의 전압이 작아지면 자동적으로 높은 저항 상태를 유지하는 스위치 소자에 관한 것이다.Another aspect of the present application is a substrate; a lower electrode layer formed on the substrate; an active layer formed on the lower electrode layer; and an active metal layer formed on the active layer, wherein when a voltage in a (+) direction is applied to the active metal layer, it exhibits a state of radical resistance change from high resistance to low resistance, and the applied voltage in the (+) direction is It relates to a switch element that automatically maintains a high resistance state when it becomes small.
본 출원의 또 다른 측면은 전술한 스위치 소자를 포함하는 휘발성 메모리 장치에 관한 것이다.Another aspect of the present application relates to a volatile memory device including the above-described switch element.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 강유전체 초박막 PZT 및 Ag 상부 전극을 이용하여 Ag/PZT/LSMO 구조의 뉴런 특성 모방 소자를 제작함으로써, 외부 전기장 및 강유전체의 분극방향을 동시에 제어하여 고성능, 저전력 뉴런 특성 모방 고성능 스위치 소자를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present application, by using a ferroelectric ultra-thin PZT and Ag upper electrode to fabricate a device that mimics the neuron characteristics of the Ag/PZT/LSMO structure, the external electric field and the polarization direction of the ferroelectric are simultaneously controlled to achieve high-performance, low-power neuron characteristics It is possible to provide a mimic high-performance switch element.
도 1은 본 출원의 일 실시예인 스위치 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예인 PZT 초박막의 강유전성 및 단면 측정한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예인 Ag/PZT/LSMO 구조에서의 전류-전압를 측정한 결과 그래프이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예인 반복된 펄스(자극)과 펄스(자극)의 프로그램 타임에 의존하는 뉴런 모방 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예인 펄스(자극)의 크기에 의존하는 뉴런 모방 특성을 나타내는 그래프이다. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a switch element according to an embodiment of the present application.
2 is an image showing the results of ferroelectricity and cross-section measurement of the PZT ultra-thin film according to an embodiment of the present application.
3 is a graph showing a result of measuring a current-voltage in an Ag/PZT/LSMO structure according to an embodiment of the present application.
4 is a graph illustrating a neuron mimicking characteristic dependent on a program time of a repeated pulse (stimulation) and a pulse (stimulation) according to an embodiment of the present application.
5 is a graph illustrating neuron mimicking characteristics dependent on the size of a pulse (stimulus), which is an embodiment of the present application.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 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, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the features, components, etc. described in the specification are present, and one or more other features or components may not be present or may be added. Doesn't mean there isn't.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
본 출원에서 용어 "나노"는 나노 미터(nm) 단위의 크기를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 크기를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 용어 "나노 입자"는 나노 미터(nm) 단위의 평균 입경을 갖는 입자를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 평균입경을 갖는 입자를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present application, the term “nano” may mean a size of nanometers (nm), for example, may mean a size of 1 to 1,000 nm, but is not limited thereto. In addition, in the present specification, the term "nanoparticles" may mean particles having an average particle diameter of nanometers (nm), for example, may mean particles having an average particle diameter of 1 to 1,000 nm, It is not limited.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 일측면인 스위치 소자 및 이의 제조 방법을 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 일측면인 스위치 소자 및 이의 제조 방법의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a switch element and a manufacturing method thereof, which are an aspect of the present application, will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are exemplary, and the scope of a switch element and a manufacturing method thereof, which are one aspect of the present application, are not limited by the accompanying drawings.
본 출원에서, 후술하는 바와 같이, 포스트 어닐링 공정을 수행하여, 활성층인 PZT 박막 내부의 산소 정공(defect) 밀도를 낮게 제어할 수 있습니다. 이를 통하여, 전압이 인가되는 경우에 형성되는 금속 필라멘트의 직경이 매우 작게 제어되어, 아주 빠른 속도로 이동하는 금속 이온에 의해 곧바로 자연스럽게 파괴되는 현상에 의해서 일반적인 이온 이동 기반 메모리 특성이 구현되지 않고, 스위치 소자의 특성이 구현될 수 있다. 이러한 특성은 휘발성 메모리 장치에 이용할 수 있다.In the present application, as will be described later, by performing a post-annealing process, the density of oxygen holes (defect) inside the PZT thin film, which is the active layer, can be controlled to be low. Through this, the diameter of the metal filament formed when a voltage is applied is controlled to be very small, and the general ion movement-based memory characteristic is not implemented due to the phenomenon of being directly destroyed by the metal ion moving at a very high speed, and the switch The characteristics of the device may be implemented. These characteristics can be used for volatile memory devices.
먼저, 본 출원의 일 실시예인 스위치 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.First, a method of manufacturing a switch device according to an embodiment of the present application will be described.
도 1은 본 출원의 일 실시예인 스위치 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a switch element according to an embodiment of the present application.
도 1에 도시한 바와 같이, 기판을 준비한다(S10).As shown in FIG. 1, a substrate is prepared (S10).
기판은 단결정성 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 특히 단결정성 재료로서, 미스매치(mismatch)가 최소로 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SrTiO3, LaAl2O3, YSZ 또는 MgO 등의 단결정성 재료를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The substrate may include, but is not limited to, a monocrystalline material or a combination thereof. In particular, as a monocrystalline material, it is desirable to contain a minimum of mismatches. For example, it may include a single crystal material such as SrTiO 3 , LaAl 2 O 3 , YSZ or MgO, but is not limited thereto.
그리고, 상기 기판 상에 하부 전극층을 형성한다(S20).Then, a lower electrode layer is formed on the substrate (S20).
하부 전극층은 페로브스카이트 결정구조를 가지는 전도성 산화물일 수 있다. The lower electrode layer may be a conductive oxide having a perovskite crystal structure.
본 명세서에서 용어 "페로브스카이트 산화물"은 천연광물인 CaTiO3와 같은 결정 구조를 가지는 화합물을 의미하며, 예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.As used herein, the term “perovskite oxide” refers to a compound having the same crystal structure as CaTiO 3 , a natural mineral, and may be, for example, a compound represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
AMX3 AMX 3
상기 화학식 1에서, A 및 M은 금속 양이온이고, X는 산소 음이온을 나타낸다. 하나의 예시에서, 상기 A는 1가의 유기 양이온이며, 예를 들면, 1가의 유기 암모늄 이온 또는 Cs+이고, M은 2가의 금속 양이온, 예를 들면, Sn, Ge, Pb, Cu, Zn, Mn, Cr, Ti 및 V 군에서 선택되는 1종 이상의 금속의 양이온이며, X는 산소 음이온을 나타낸다. In Formula 1, A and M are metal cations, and X is an oxygen anion. In one example, A is a monovalent organic cation, for example, a monovalent organic ammonium ion or Cs + , M is a divalent metal cation, for example, Sn, Ge, Pb, Cu, Zn, Mn , Cr, Ti, and a cation of at least one metal selected from the group V, and X represents an oxygen anion.
상기 화학식 1을 만족하는 화합물은 페로브스카이트 구조를 가지며, M은 페로브스카이트 구조에서 단위 셀(unit cell)의 중심에 위치하며, X는 단위셀의 각 면 중심에 위치하여 M을 중심으로 옥타헤드론(octahedron) 구조를 형성하며, A는 단위셀의 각 코너(corner)에 위치할 수 있다. 즉, MX6 옥타헤드론(octahedron)이 코너-쉐어링(corner-shearing)된 3차원 네트워크에 A 양이온이 중간에 위치한 형태일 수 있다. 달리 표현하면, 페로브스카이트 구조는 단위 셀에서, 금속 양이온인 M을 중심으로 산소 음이온인 X가 MX6 형태의 옥타헤드론(octahedron)을 형성하며, 양이온 A가 옥타헤트론의 바깥 측면의 각 코너에 위치하는 구조를 의미할 수 있다. 페로브스카이트 구조는 잘 알려진 바와 같이, K2NiF4 형태 혹은 동류의 층상 페로브스카이트 구조에서부터 SrTiO3 형태 혹은 동류의 완전한 3차원 큐빅(cubic) 페로브스카이트 구조를 모두 포함할 수 있다.The
상기 전도성 산화물로는, 바람직하게는, La1 - xSrxMnO3(LSMO)이며 상기 x는 0 초과 1 미만일 수 있으며, 바람직하게는 La0 . 8Sr0 . 2MnO3를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The conductive oxide is preferably La 1 -x Sr x MnO 3 (LSMO), wherein x may be greater than 0 and less than 1, preferably La 0 . 8 Sr 0 . 2 MnO 3 may be used, but is not limited thereto.
그리고, 상기 하부 전극층 상에 활성층을 형성한다(S30).Then, an active layer is formed on the lower electrode layer (S30).
상기 활성층은 강유전체를 포함한다. The active layer includes a ferroelectric.
본 명세서에서 용어 "강유전체"는 자연 상태에서 자발 분극을 가지고 있는 물질을 의미하고, 상기 자발 분극은 외부 전기장에 의해 방향이 바뀔 수 있다. 상기 강유전체는, 페로브스카이트 결정구조를 가지는 산화물일 수 있다. As used herein, the term “ferroelectric” refers to a material having spontaneous polarization in a natural state, and the spontaneous polarization may be changed in direction by an external electric field. The ferroelectric may be an oxide having a perovskite crystal structure.
본 명세서에서 용어 "A 상에 형성된 B"는 A의 표면에 B가 다른 층을 매개로 하지 않고 직접 부착되어 있는 경우와 A와 B의 사이에 다른 층이 존재하는 경우 모두를 의미한다.As used herein, the term "B formed on A" refers to both the case where B is directly attached to the surface of A without intervening other layers and the case where another layer exists between A and B.
하나의 예시에서, 페로브스카이트 결정구조를 가지는 산화물은 Pb(Zr1-yTiy)O3(PZT)이며, 상기 y1은 0 초과 1 미만일 수 있으며, 바람직하게는 PbZr0.52Ti0.48O3를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one example, the oxide having a perovskite crystal structure is Pb(Zr 1-y Ti y )O 3 (PZT), wherein y1 may be greater than 0 and less than 1, preferably PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 can be used, but is not limited thereto.
상기 활성층의 두께는, 2 내지 10 nm이며, 바람직하게는 3 내지 5 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 활성층을 2 내지 10 nm의 두께로 형성함으로써, 후술할 활성화 금속 이온이 상기 제 2 층으로 또는 상기 제 2 층으로부터 원활하게 이동할 수 있으며, 이에 따라, 금속의 양이온 이동 현상 및 강유전체의 분극 반전 현상을 동시에 이용할 수 있으며, 외부 전기장 및 강유전체 박막 내부의 분극에 의한 내부 전기장을 동시에 제어할 수 있다. 이를 통하여, 외부 전기장과 강유전체 내부의 전기장에 의해 아주 빠르게 이동하게 되는 후술하는 활성 금속 이온의 산화환원 현상으로 유도되는 국소적인 필라멘트의 형성으로 인해 높은 저항에서 낮은 저항으로 급작스러운 저항 변화를 일으키지만, 필라멘트의 폭이 얇아 아주 빠른 속도로 이동하는 활성 금속 이온에 의해 곧바로 자연스럽게 파괴되는 현상에 의해서 일반적인 이온 이동 기반 메모리 특성이 구현되지 않고, 스위치 소자의 특성이 구현할 수 있다.The active layer may have a thickness of 2 to 10 nm, preferably 3 to 5 nm, but is not limited thereto. By forming the active layer to a thickness of 2 to 10 nm, activated metal ions, which will be described later, can move smoothly to or from the second layer. can be used simultaneously, and the external electric field and the internal electric field due to the polarization inside the ferroelectric thin film can be simultaneously controlled. Through this, a sudden change in resistance from high resistance to low resistance occurs due to the formation of a local filament induced by the redox phenomenon of active metal ions, which will be described later, which moves very quickly by an external electric field and an electric field inside the ferroelectric. Due to a phenomenon in which the filament is naturally destroyed immediately by active metal ions moving at a very high speed because the width of the filament is thin, the general ion movement-based memory characteristics are not implemented, but the characteristics of the switch element can be implemented.
그리고, 상기 활성층 상에 형성되는 활성 금속층을 형성한다(S40).Then, an active metal layer formed on the active layer is formed (S40).
본 명세서에서 용어 "활성 금속(active metal)"은 외부 바이어스 또는 외부 전기장의 인가에 의해 전자를 잃고 양이온을 내어 놓을 수 있는 금속을 의미하거나, 또는 전기화학 전지 내에서 고체 또는 액체 전해질과의 상호작용에 의해 전자를 잃고 양이온을 내어 놓을 수 있으며, 전해 반응(electrolytic reaction)에 직접 참여하는 금속을 의미한다. 상기 활성화 금속은 비활성 금속(inert metal)과 구분되며, 예를 들면, 상기 비활성 금속은 전해 반응에 직접 참여하지 않는 금속을 의미한다. 예를 들어, 상기 비활성 금속으로는 철, 흑연 또는 백금 등이 예시될 수 있다. As used herein, the term “active metal” refers to a metal that can lose electrons and donate cations upon application of an external bias or external electric field, or interact with a solid or liquid electrolyte within an electrochemical cell. It means a metal that can lose electrons and release cations and participate directly in an electrolytic reaction. The active metal is distinguished from an inert metal, for example, the inert metal means a metal that does not directly participate in an electrolytic reaction. For example, iron, graphite, or platinum may be exemplified as the inert metal.
여기서, 활성 금속층의 금속은 Ag(은)인 것이 바람직하다. Here, the metal of the active metal layer is preferably Ag (silver).
상기 활성층 내부로 또는 활성층으로부터 상기 금속 이온이 원활하게 이동할 수 있다. 하나의 예시에서, 본 출원의 스위치 소자에 소정의 전압이 인가되면, 상기 활성 금속층 내의 금속은 이온화된다. 이 경우, 상기 금속 이온은 활성층 내로 유입되거나 상기 활성층으로부터 유출될 수 있다. 이에 따라, 전술한 바와 같이, 금속의 양이온 이동 현상 및 강유전체의 분극 반전 현상을 동시에 이용할 수 있으며, 외부 전기장 및 강유전체 박막 내부의 분극에 의한 내부 전기장을 동시에 제어할 수 있다. The metal ions may smoothly move into or out of the active layer. In one example, when a predetermined voltage is applied to the switch element of the present application, the metal in the active metal layer is ionized. In this case, the metal ions may flow into or out of the active layer. Accordingly, as described above, the metal cation movement phenomenon and the polarization reversal phenomenon of the ferroelectric can be simultaneously used, and the external electric field and the internal electric field due to the polarization inside the ferroelectric thin film can be simultaneously controlled.
활성 금속층의 두께는 20 내지 200 nm이며, 바람직하게는 5 내지 50 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 활성 금속층을 20 내지 200 nm의 두께로 형성함으로써, 소자의 제작 및 용도에 맞는 적절한 두께를 제공할 수 있다. , 20 내지 200 nm이며, 바람직하게는 5 내지 50 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The thickness of the active metal layer may be 20 to 200 nm, preferably 5 to 50 nm, but is not limited thereto. By forming the active metal layer to a thickness of 20 to 200 nm, it is possible to provide an appropriate thickness for device fabrication and use. , 20 to 200 nm, preferably 5 to 50 nm, but is not limited thereto.
여기서, 하부 전극층 및 활성층 각각은 펄스레이저 증착법(pulsed laser deposition)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.Here, each of the lower electrode layer and the active layer is preferably formed by pulsed laser deposition.
펄스형 레이져 증착(PLD)은 공지된 혹은 상업적으로 입수 가능한 장치 내에 서 수행될 수 있으며, 본 명세서에서 제한적인 것으로 언급한 조건 이외에의 조건(예컨대, 챔버 내 압력, 증 착의 분위기, 온도, 출력, 전압 등)은 공지된 조건을 적절히 선택할 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.Pulsed laser deposition (PLD) can be performed in known or commercially available apparatus, and conditions other than those mentioned herein as limiting (e.g., pressure in the chamber, atmosphere of deposition, temperature, power, voltage, etc.) may be appropriately selected from known conditions and is not particularly limited.
상기 활성층은 펄스레이저 증착법(pulsed laser deposition)에 의해 형성되고, 형성 후 산소 분위기에서 포스트-어닐링(post-anealing)처리된다. 이를 통하여, 활성층 내의 결함(defect)을 최소화하여, 추후 설명하는 바와 같이, 전압이 인가되는 경우에 형성되는 금속 필라멘트의 직경이 매우 작게 제어되어, 아주 빠른 속도로 이동하는 금속 이온에 의해 곧바로 자연스럽게 파괴되는 현상에 의해서 일반적인 이온 이동 기반 메모리 특성이 구현되지 않고, 스위치 소자의 특성이 구현될 수 있다. 이러한 특성은 휘발성 메모리 장치에 이용할 수 있다.The active layer is formed by pulsed laser deposition, and is post-annealed in an oxygen atmosphere after formation. Through this, defects in the active layer are minimized, and as will be described later, the diameter of the metal filament formed when a voltage is applied is controlled to be very small, and is directly destroyed by metal ions moving at a very high speed Due to this phenomenon, the general ion movement-based memory characteristic is not implemented, but the characteristic of a switch element may be implemented. These characteristics can be used for volatile memory devices.
포스트-어닐링(post-anealing) 공정은 산소 분위기 (500mTorr) 에서 수행되는 것이 바람직하다.The post-annealing process is preferably performed in an oxygen atmosphere (500 mTorr).
특히, 550 ℃에서 1 시간 내지 1 시간 30분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 포스트 어닐링 시간이 1 시간 미만일 경우에는 산소 정공 (defect)의 밀도가 충분히 낮아지지 않아 스위칭 현상이 아닌 메모리 특성을 보인다. 또한, 포스트 어닐링 시간이 1 시간 30 분을 초과하는 경우에는 산소 정공의 밀도가 너무 낮아져 스위칭 현상의 불안정을 야기 한다. 따라서, 포스트 어닐링은 1 시간 내지 1 시간 30분 동안 실시되는 것이 바람직하며, 이는 본 출원의 스위치 소자에서 중요한 파라미터가 될 수 있다.In particular, it is preferable to carry out for 1 hour to 1 hour and 30 minutes at 550 °C. When the post-annealing time is less than 1 hour, the density of oxygen defects is not sufficiently lowered, and thus a memory characteristic, not a switching phenomenon, is exhibited. In addition, when the post-annealing time exceeds 1 hour and 30 minutes, the density of oxygen holes is too low to cause instability of the switching phenomenon. Therefore, the post annealing is preferably performed for 1 hour to 1 hour and 30 minutes, which may be an important parameter in the switch device of the present application.
또한, 활성 금속층은 소정 패턴을 가지는 금속 전극으로서 작용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 패터닝은 기술분야에서 알려진 다양한 리소그래피 방법, 예를 들면, 포토 리소그래피, 나노 임프린트 리소그래피, 소프트 리소그래피, 전자빔 리소그래피 또는 간섭 리소그래피에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 전자빔 리소그래피에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the active metal layer may act as a metal electrode having a predetermined pattern. In one example, the patterning may be performed by various lithographic methods known in the art, for example, photolithography, nanoimprint lithography, soft lithography, electron beam lithography or interference lithography, preferably performed by electron beam lithography. may be, but is not limited thereto.
더불어, 스위치 소자의 제조를 위하여, 본 출원이 속한 기술분야에서 추가적으로 포함될 수 있는 공지의 단계는 어떠한 단계라도 추가될 수 있다.In addition, any known step that may be additionally included in the technical field to which the present application pertains may be added for manufacturing the switch element.
본 출원의 일 실시예인 스위치 소자에 대하여 설명한다.A switch element according to an embodiment of the present application will be described.
전술한 스위치 소자의 제조 방법에서 제시된 설명 중 스위치 소자에도 적용될 수 있는 설명은 모두 적용이 가능하며, 설명의 명확성을 위하여, 여기서는 그 설명을 생략한다.Among the descriptions presented in the above-described method for manufacturing the switch element, all descriptions applicable to the switch element are applicable, and for clarity of description, the description thereof will be omitted herein.
스위치 소자는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상에 형성되는 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성되는 활성 금속층을 포함할 수 있다.The switch element includes a substrate; a lower electrode layer formed on the substrate; an active layer formed on the lower electrode layer; and an active metal layer formed on the active layer.
상기 활성 금속층에 (+) 방향의 전압이 인가되는 경우 높은 저항에서 낮은 저항으로 급진적인 저항 변화 상태를 나타내며, 인가된 (+) 방향의 전압이 작아지면 자동적으로 높은 저항 상태를 유지할 수 있다. 이를 통하여, 반복적인 전압인가를 통해 반복된 스위치 특성을 구현할 수 있다.When a voltage in the (+) direction is applied to the active metal layer, a state of radical resistance change from a high resistance to a low resistance is exhibited, and when the applied voltage in the (+) direction decreases, the high resistance state can be automatically maintained. Through this, repeated switch characteristics can be implemented through repeated voltage application.
상기 활성 금속층에 전압이 인가되는 경우, 상기 활성 금속층의 금속이 이온화되어, 상기 활성 금속층의 분극방향 및 외부 전기장에 의해 상기 활성 금속층 내로 유입되거나 유출되는 필라멘트가 형성된다. 전압이 인가되는 경우에 형성되는 금속 필라멘트의 직경이 매우 작게 제어되어, 아주 빠른 속도로 이동하는 금속 이온에 의해 곧바로 자연스럽게 파괴되는 현상에 의해서 일반적인 이온 이동 기반 메모리 특성이 구현되지 않고, 스위치 소자의 특성이 구현될 수 있다. 이러한 특성은 휘발성 메모리 장치에 이용할 수 있다.When a voltage is applied to the active metal layer, the metal of the active metal layer is ionized to form a filament flowing into or out of the active metal layer by the polarization direction of the active metal layer and an external electric field. When a voltage is applied, the diameter of the metal filament formed is controlled to be very small, and the general ion movement-based memory characteristic is not implemented due to the phenomenon that is directly destroyed by the metal ion moving at a very high speed, and the characteristic of the switch element This can be implemented. These characteristics can be used for volatile memory devices.
또한, 반복되는 펄스 자극에 의해 급작스럽게 변화된 저항상태를 나타낸다. 이를 통하여, 여러 개의 시냅스를 통해 들어오는 신호를 더하여 특정 포텐셜을 넘어서게 되면 발화하는 뉴런의 integration and firing 특성을 모방할 수 있다. In addition, it shows the resistance state suddenly changed by the repeated pulse stimulation. Through this, it is possible to mimic the integration and firing characteristics of a neuron that fires when it exceeds a specific potential by adding signals coming through multiple synapses.
상기 하부 전극층은 페로브스카이트 결정구조를 가지는 전도성 산화물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 하부 전극층은 La1 - xSrxMnO3을 포함하며, 상기 x는 0 초과 1 미만일 수 있다.The lower electrode layer may include a conductive oxide having a perovskite crystal structure, and preferably, the lower electrode layer includes La 1 -x Sr x MnO 3 , and x may be greater than 0 and less than 1.
상기 활성층은 페로브스카이트 결정구조의 자발분극을 가지는 산화물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 활성층은 Pb(Zr1-yTiy)O3를 포함하며, 상기 y는 0 초과 1 미만일 수 있다.The active layer may include an oxide having a spontaneous polarization of a perovskite crystal structure, and preferably, the active layer includes Pb(Zr 1-y Ti y )O 3 , wherein y may be greater than 0 and less than 1. there is.
상기 활성 금속층은 Ag(은)를 포함할 수 있다. The active metal layer may include Ag (silver).
전술한 바와 같이 상기 활성층은 상기 하부 전극층 상에 펄스레이저 증착법(pulsed laser deposition)에 의해 형성되며, 형성 후 산소 분위기에서 포스트-어닐링(post-anealing)처리될 수 있다.As described above, the active layer is formed on the lower electrode layer by pulsed laser deposition, and after formation, it may be post-annealed in an oxygen atmosphere.
본 출원의 일 실시예인 메모리 장치에 대하여 설명한다.A memory device according to an embodiment of the present application will be described.
전술한 스위치 소자의 제조 방법 및 스위치 소자에서 제시된 설명 중 메모리 장치에도 적용될 수 있는 설명은 모두 적용이 가능하며, 설명의 명확성을 위하여, 여기서는 그 설명을 생략한다.Among the descriptions presented in the above-described method for manufacturing the switch element and the description of the switch element, all descriptions applicable to the memory device are applicable, and for clarity of description, the description thereof will be omitted herein.
메모리 장치는 전술한 스위치 소자를 포함하는 것으로서, 그 외의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니며 본 출원이 속하는 기술분야에서 적용가능한 공지의 구성은 어떠한 구성도 본 출원의 메모리 장치에 적용될 수 있다.The memory device includes the aforementioned switch element, and other configurations are not particularly limited, and any known configuration applicable in the art to which the present application pertains may be applied to the memory device of the present application.
이하, 실험예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in more detail through experimental examples.
[[ 실험예Experimental example 1] One]
PZT/LSMO 헤테로 구조의 박막은 KrF 엑시머 레이저 (λ=248 nm)를 이용한 펄스레이저증착(pulsed laser deposition, PLD)에 의하여 단결정 SrTiO3(001) 기판에 성장되었다. 회전하는 LSMO와 PZT 타겟 상에 조사된 레이저 빔(1 Hz 반복률)의 에너지 밀도는 650 mJ/cm2이었다. 상기 LSMO와 PZT 막은 각각 100 mTorr와 200 mTorr 산소압으로 675℃와 550℃에서 증착되었다. 증착 후, PZT/LSMO 막은 500 mTorr 산소압으로 550℃에 1시간 30분 동안 열처리되었고, 그 다음 5℃/min 속도로 냉각되었다. 강유전체 터널 접합(FTJ) 소자의 제조를 위해, 5.0 x 5.0 μm2의 크기를 가지는 Ag(35 nm) 상부 전극을 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)와 전자빔 증착(e-beam evaporation)을 이용하여 PZT/LSMO 헤테로 구조 상에 형성하였다.A PZT/LSMO heterostructure thin film was grown on a single crystal SrTiO3(001) substrate by pulsed laser deposition (PLD) using a KrF excimer laser (λ=248 nm). The energy density of the laser beam (1 Hz repetition rate) irradiated on the rotating LSMO and PZT targets was 650 mJ/cm 2 . The LSMO and PZT films were deposited at 675°C and 550°C with oxygen pressures of 100 mTorr and 200 mTorr, respectively. After deposition, the PZT/LSMO film was annealed at 550° C. for 1 hour and 30 minutes under an oxygen pressure of 500 mTorr, and then cooled at a rate of 5° C./min. For the fabrication of a ferroelectric tunnel junction (FTJ) device, an Ag (35 nm) upper electrode having a size of 5.0 x 5.0 μm 2 was PZT using e-beam lithography and e-beam evaporation. formed on the /LSMO heterostructure.
도 2는 본 출원의 일 실시예인 PZT 초박막의 강유전성 및 단면 측정한 결과를 나타내는 이미지이다.2 is an image showing the results of ferroelectricity and cross-section measurement of the PZT ultra-thin film according to an embodiment of the present application.
도 2a 및 도 2b는 PLD방법을 이용하여 성장된 PZT 박막의 강유전체 특성을 Atomic Force Microscope (AFM) 장비의 툴 중 하나인 Piezoresponse Force Microscope (PFM) 방법을 이용하여 측정된 phase와 amplitude 이미지이다. 측정된 결과를 통해, 제작된 PZT 박막의 분극 방향이 인가된 전압의 방향에 따라 전환되는 것을 확인할 수 있었다. 2a and 2b are phase and amplitude images measured using the Piezoresponse Force Microscope (PFM) method, which is one of the tools of the Atomic Force Microscope (AFM) equipment, showing the ferroelectric properties of the PZT thin film grown using the PLD method. Through the measured results, it was confirmed that the polarization direction of the manufactured PZT thin film was switched according to the direction of the applied voltage.
도 2c 및 도 2d를 통하여, 외부 전압이 인가되지 않았을 때 분극의 방향이 유지되는 기존의 강유전체에서 나타나는 비휘발성 특성을 확인할 수 있었다. 2c and 2d, it was possible to confirm the non-volatile characteristics of the conventional ferroelectric in which the direction of polarization is maintained when no external voltage is applied.
도 2e를 통하여, 제작된 PZT/LSMO 구조가 기판 SrTiO3의 격자구조에 잘 맞게 에피택시로 성장되었으며, 그 두께는 ~5nm, ~9nm임을 각각 확인할 수 있었다. 따라서, 수nm 두께의 PZT 강유전체 초박막 기반 다층구조를 제작함으로써 고집적 뉴런 모방 스위치 소자로 응용 가능함을 확인할 수 있었다.2e, the fabricated PZT/LSMO structure was epitaxially grown to fit the lattice structure of the substrate SrTiO 3 , and it was confirmed that the thickness was ∼5 nm and ∼9 nm, respectively. Therefore, it was confirmed that it could be applied as a highly integrated neuron-mimicking switch device by fabricating a multi-layered structure based on a PZT ferroelectric ultra-thin film with a thickness of several nm.
[[ 실험예Experimental example 2] 2]
Agilent 4156B 반도체 측정 장비를 이용하여 제작된 소자에 직류 전압 스윕모드 (DC double sweep mode) 으로 스위칭 특성을 측정하였다. The switching characteristics were measured in the device fabricated using the Agilent 4156B semiconductor measuring device in DC double sweep mode.
I-V 특성은 직류전압 스윕모드(DC voltage sweep mode)에서 반도체 파라미터 분석기(Agilent, 4156B)와 원자간력 현미경(Seiko, SPA-300HV)을 이용하여 측정되었다. IV characteristics were measured using a semiconductor parameter analyzer (Agilent, 4156B) and an atomic force microscope (Seiko, SPA-300HV) in DC voltage sweep mode.
도 3은 본 출원의 일 실시예인 Ag/PZT/LSMO 구조에서의 전류-전압를 측정한 결과 그래프이다.3 is a graph showing a result of measuring a current-voltage in an Ag/PZT/LSMO structure according to an embodiment of the present application.
도 3a는 Ag/PZT/LSMO 구조에서 (+) 방향의 전압을 인가하였을 때, 높은 저항에서 낮은 저항으로 급작스러운 저항 변화 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 인가된 (+) 방향의 전압이 작아지면 낮은 저항 상태를 유지하고 있는 것이 아니라, 높은 저항 상태를 유지하고 있는 것을 보여준다. 이는 (+) 방향으로 인가된 전압에 의해 발생되는 외부 전기장과 강유전체 내부의 전기장에 의해 아주 빠르게 이동하게 되는 Ag 이온의 산화환원 현상으로 유도되는 국소적인 필라멘트의 형성으로 인해 높은 저항에서 낮은 저항으로 급작스러운 저항 변화를 일으키지만, 필라멘트의 폭이 얇아 아주 빠른 속도로 이동하는 금속 이온에 의해 곧바로 자연스럽게 파괴되는 현상에 의해서 일반적인 이온 이동 기반 메모리 특성이 구현되지 않고, 스위치 소자의 특성이 구현될 수 있음을 뒷받침한다. 이 결과를 토대로, 반복적인(>100cycle) (+) 전압인가를 통해 반복된 스위치 특성 구현할 수 있으며, 이는 도 3b를 통해 확인할 수 있었다.3a shows that when a voltage in the (+) direction was applied in the Ag/PZT/LSMO structure, it was confirmed that a sudden change in resistance occurred from a high resistance to a low resistance. In addition, when the applied voltage in the (+) direction decreases, it is shown that the high resistance state is maintained, not the low resistance state. This abruptly goes from high resistance to low resistance due to the formation of local filaments induced by the redox phenomenon of Ag ions that move very quickly by the external electric field generated by the voltage applied in the (+) direction and the electric field inside the ferroelectric. Although it causes a change in resistance, the general ion movement-based memory characteristics are not realized, and the characteristics of a switch element can be realized due to the phenomenon that the filament is naturally destroyed immediately by the metal ions moving at a very high speed due to the thin width of the filament. back up Based on this result, repeated switch characteristics can be implemented through repeated (>100 cycles) (+) voltage application, which can be confirmed through FIG. 3B .
[[ 실험예Experimental example 3] 3]
펄스 모드는 반도체 특성 시스템(Keithley, 4200-SCS)과 원자간력 현미경을 이용한 급작스러운 전류 변조 동안에 펄스 자극을 제공하기 위하여 활용되었다. 모든 전기적 측정은 diamond like carbon 코팅된 캔틸레버와 함께 상온의 공기 중에서 수행되었다. 도 4a는 사각 펄스 (크기 = 1.2V, 넓이 = 0.01s 펄스와 펄스 사이 간격 = 0.002s, 반복횟수 = 10번) 이며, 도 4 c-e 는 ramp up & down 펄스는 0.0~1.4 V (step 0.1V) 로 각각 0.55, 0.09, 0.04 s 조건으로 측정하였다. The pulsed mode was utilized to provide pulse stimulation during sudden current modulation using a semiconductor characterization system (Keithley, 4200-SCS) and atomic force microscopy. All electrical measurements were performed in air at room temperature with a cantilever coated with diamond like carbon. Fig. 4a is a rectangular pulse (magnitude = 1.2V, width = 0.01s, interval between pulses = 0.002s, number of repetitions = 10), and Fig. 4ce shows ramp up & down pulses of 0.0~1.4 V (step 0.1V) ) was measured under the conditions of 0.55, 0.09, and 0.04 s, respectively.
도 4는 본 출원의 일 실시예인 반복된 펄스(자극)과 펄스(자극)의 프로그램 타임에 의존하는 뉴런 모방 특성을 나타내는 그래프이다.4 is a graph illustrating a neuron mimicking characteristic dependent on a program time of a repeated pulse (stimulus) and a pulse (stimulus), which is an embodiment of the present application.
도 4를 통하여, 반복된 펄스(자극)과 펄스(자극)의 프로그램 타임에 의존하는 급작스러운 저항 변화상태를 확인할 수 있었다. 도 4a 및 도 4b는 반복되는 펄스 자극에 의해 급작스럽게 변화된 저항상태를 확인할 수 있었다. 이 결과는 여러 개의 시냅스를 통해 들어오는 신호를 더하여 특정 포텐셜을 넘어서게 되면 발화하는 뉴런의 integration and firing 특성을 모방할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 4c 내지 도 4h를 통하여, 인가된 펄스 자극의 ramp-up, ramp-down 되는 시간의 변화에 따른 저항 변화 특성을 확인할 수 있었다. 시간이 짧아짐에 따라, 급작스러운 저항의 변화가 더 높은 전압에서 나타나고, 더 빨리 높은 저항 상태로 바뀌는 것을 확인할 수 있었다.4 , it was possible to confirm the state of abrupt resistance change depending on the repeated pulse (stimulus) and the program time of the pulse (stimulus). 4A and 4B, it was confirmed that the resistance state was suddenly changed by the repeated pulse stimulation. This result confirmed that the integration and firing characteristics of the firing neuron can be imitated when a specific potential is exceeded by adding signals coming through multiple synapses. In addition, through FIGS. 4C to 4H , it was possible to confirm the resistance change characteristics according to the change in ramp-up and ramp-down times of the applied pulse stimulation. As the time shortened, it was confirmed that the abrupt resistance change appeared at a higher voltage and changed to a high resistance state more quickly.
[[ 실험예Experimental example 4] 4]
모드는 반도체 특성 시스템(Keithley, 4200-SCS)과 원자간력 현미경을 이용한 급작스러운 전류 변조 동안에 펄스 자극을 제공하기 위하여 활용되었다. 모든 전기적 측정은 diamond like carbon 코팅된 캔틸레버와 함께 상온의 공기 중에서 수행되었다. 도 5 a는 4.0 V, 0.002s 도 5 b는 3.0 V, 0.002s 의 삼각펄스를 인가하여 전류를 측정하였다. The mode was utilized to provide pulse stimulation during sudden current modulation using a semiconductor characterization system (Keithley, 4200-SCS) and atomic force microscopy. All electrical measurements were performed in air at room temperature with a cantilever coated with diamond like carbon. FIG. 5 a shows a current measurement by applying a triangular pulse of 4.0 V, 0.002 s, and FIG. 5 b shows a triangular pulse of 3.0 V and 0.002 s.
도 5는 본 출원의 일 실시예인 펄스(자극)의 크기에 의존하는 뉴런 모방 특성을 나타내는 그래프이다. 5 is a graph illustrating neuron mimicking characteristics dependent on the size of a pulse (stimulus), which is an embodiment of the present application.
도 5를 통하여, 펄스(자극)의 크기에 의존하는 급작스런 저항의 변화를 보여준다. 펄스 자극의 크기가 커질수록 빨리 저항 상태가 바뀌는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이 삼각 펄스를 이용하여 본 뉴런 특성 모방 스위치 소자의 전력을 구해보면 a, b 각각은 하기와 같다. 5 shows a sudden change in resistance depending on the magnitude of a pulse (stimulus). It was confirmed that the resistance state changes quickly as the magnitude of the pulse stimulation increases. In addition, when the power of the neuron characteristic mimicking switch element is obtained using this triangular pulse, a and b are as follows.
P= I2 Х R Х1/3 = (6μA)2 Х 1000 kΩ Х 1/3 = 12 μWP= I 2 Х R Х1/3 = (6 μA) 2 Х 1000
P= I2 Х R Х 1/3 = (4μA)2 Х 1000kΩ Х 1/3 = 5.3 μW.P= I 2
이 결과를 통하여, 저전력 뉴런 모방 스위칭 소자 응용이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. Through this result, it was confirmed that the application of a low-power neuron-mimicking switching device is possible.
본 출원에서는, 기존의 이온이동 또는 강유전체를 기반으로 하는 뇌신경 모방 소자들의 단점인 낮은 온/오프 비율, 높은 소비전력, 낮은 집적도 등을 극복하기 위하여, 이온의 이동과 강유전체의 분극 전환을 동시에 활용하여 초저전력, 고집적도를 가지는 새로운 매커니즘의 뇌신경 모방 소자를 제작하였다. In this application, in order to overcome the shortcomings of the existing cranial nerve mimic devices based on ion migration or ferroelectricity, such as low on/off ratio, high power consumption, low integration, etc., by simultaneously utilizing ion movement and ferroelectric polarization conversion, A cranial nerve mimic device with a new mechanism with ultra-low power and high integration was fabricated.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present application, those skilled in the art can variously modify and change the present application without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.
Claims (12)
상기 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계;
상기 하부 전극층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 활성층 상에 활성 금속층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 활성층은 펄스레이저 증착법(pulsed laser deposition)에 의해 형성되고, 형성 후 산소 분위기에서 1시간 내지 1시간 30분동안 포스트-어닐링(post-anealing)처리되고,
상기 활성 금속층에 전압이 인가되는 경우, 상기 활성 금속층의 금속이 이온화되어, 상기 활성 금속층의 분극방향 및 외부 전기장에 의해 상기 활성 금속층 내로 유입되거나 유출되는 필라멘트가 형성되며,
상기 활성 금속층에 (+) 방향의 전압이 인가되는 경우 높은 저항에서 낮은 저항으로 급진적인 저항 변화 상태를 나타내며, 인가된 (+) 방향의 전압이 작아지면 자동적으로 높은 저항 상태를 유지하는 휘발성 스위치 소자의 제조 방법.
preparing a substrate;
forming a lower electrode layer on the substrate;
forming an active layer on the lower electrode layer; and
forming an active metal layer on the active layer;
The active layer is formed by pulsed laser deposition, and after formation is post-annealed in an oxygen atmosphere for 1 hour to 1 hour and 30 minutes,
When a voltage is applied to the active metal layer, the metal of the active metal layer is ionized to form a filament flowing into or out of the active metal layer by the polarization direction of the active metal layer and an external electric field,
When a voltage in the (+) direction is applied to the active metal layer, it shows a radical resistance change state from a high resistance to a low resistance, and when the applied voltage in the (+) direction becomes small, the volatile switch element automatically maintains a high resistance state manufacturing method.
상기 하부 전극층은 펄스레이저 증착법(pulsed laser deposition)에 의해 형성되는 제조 방법.
The method of claim 1,
wherein the lower electrode layer is formed by pulsed laser deposition.
기판;
상기 기판 상에 형성되는 하부 전극층;
상기 하부 전극층 상에 형성되는 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성되는 활성 금속층을 포함하며,
상기 활성 금속층에 (+) 방향의 전압이 인가되는 경우 높은 저항에서 낮은 저항으로 급진적인 저항 변화 상태를 나타내며, 인가된 (+) 방향의 전압이 작아지면 자동적으로 높은 저항 상태를 유지하는 휘발성 스위치 소자.
A volatile switch device manufactured by the method of claim 1, wherein the switch device comprises:
Board;
a lower electrode layer formed on the substrate;
an active layer formed on the lower electrode layer; and
an active metal layer formed on the active layer;
When a voltage in the (+) direction is applied to the active metal layer, it shows a radical resistance change state from a high resistance to a low resistance, and when the applied voltage in the (+) direction becomes small, the volatile switch element automatically maintains a high resistance state .
상기 하부 전극층은 페로브스카이트 결정구조를 가지는 전도성 산화물을 포함하는 휘발성 스위치 소자.
5. The method of claim 4,
The lower electrode layer is a volatile switch device comprising a conductive oxide having a perovskite crystal structure.
상기 하부 전극층은 La1-xSrxMnO3을 포함하며, 상기 x는 0 초과 1 미만인 휘발성 스위치 소자.
5. The method of claim 4,
The lower electrode layer includes La 1-x Sr x MnO 3 , wherein x is greater than 0 and less than 1.
상기 활성층은 페로브스카이트 결정구조의 자발분극을 가지는 산화물을 포함하는 휘발성 스위치 소자.
5. The method of claim 4,
The active layer is a volatile switch device comprising an oxide having a spontaneous polarization of a perovskite crystal structure.
상기 활성층은 Pb(Zr1-yTiy)O3를 포함하며, 상기 y는 0 초과 1 미만인 휘발성 스위치 소자.
5. The method of claim 4,
The active layer includes Pb(Zr 1-y Ti y )O 3 , wherein y is greater than 0 and less than 1 volatile switch device.
상기 활성 금속층은 Ag(은)를 포함하는 휘발성 스위치 소자.
5. The method of claim 4,
The active metal layer is a volatile switch device comprising Ag (silver).
11. A volatile memory device comprising the volatile switch element of any one of claims 4 and 6 to 10.
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Families Citing this family (1)
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Also Published As
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| KR20200071023A (en) | 2020-06-18 |
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