KR20090001397A - Method for recording resistance switching element, method for manufacturing resistance switching element and resistance switching element having the same - Google Patents

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KR20090001397A
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Abstract

The method for recording resistance switching element, the method for manufacturing resistance switching element and the resistance switching element having the same are provided to shorten the resistance switching time and to improve the speed of device by using the anode plate resistance switching characteristic. The resistance switching element comprises the bottom electrode(120), the transition metal oxide thin film(130) formed on the bottom electrode and the upper electrode(140) formed in the transition metal oxide thin-film. In the information recording method of the resistance switching element, the anode plate resistance switching forming is performed on the transition metal oxide thin film to obtain the bipolar resistance switching, BRS property by applying voltage o the transition metal oxide thin film. The voltage that is lower than the set voltage of USR and higher than the soft set voltage is applied to the forming transition metal oxide thin film. The resistance of the transition metal oxide thin film is changed.

Description

저항변화기록소자의 정보기록방법, 저항변화기록소자의 제조방법 및 이를 이용한 저항변화기록소자{Method for recording resistance switching element, method for manufacturing resistance switching element and resistance switching element having the same}Information recording method of resistance change recording element, manufacturing method of resistance change recording element and resistance change recording element using same {Method for recording resistance switching element, method for manufacturing resistance switching element and resistance switching element having the same}

도 1은 단극 저항 스위칭(unipolar resistance switching, URS) 특성을 나타내는 전압-전류 도면,1 is a voltage-current diagram showing unipolar resistance switching (URS) characteristics,

도 2는 본 발명에 따른 저항변화기록소자 제조방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도,2 is a flowchart illustrating a process of performing a preferred embodiment of the method for manufacturing a resistance change recording device according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 저항변화기록소자에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구조를 나타내는 도면,3 is a view showing a schematic structure of a preferred embodiment of a resistance change recording element according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 저항변화기록소자의 정보기록방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도,4 is a flowchart showing a process of performing a preferred embodiment of the information recording method of the resistance change recording element according to the present invention;

도 5는 양극 저항 스위칭(bipolar resistance switching, BRS)의 소프트셋(soft set)을 나타내는 전압-전류 도면,5 is a voltage-current diagram showing a soft set of bipolar resistance switching (BRS);

도 6은 양극 저항 스위칭 특성을 나타내는 전압-전류 도면,6 is a voltage-current diagram showing anode resistance switching characteristics;

도 7은 도 6의 전압과 전류를 로그(log) 스케일로 나타내는 전압-전류 도면,FIG. 7 is a voltage-current diagram showing the voltage and current of FIG. 6 on a logarithmic scale;

도 8은 본 발명에 따른 저항변화기록소자의 정보기록방법에 대한 바람직한 다른 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도,8 is a flowchart showing a process of performing another preferred embodiment of the information recording method of the resistance change recording element according to the present invention;

도 9는 제2 양극 저항 스위칭 특성을 나타내는 전압-전류 도면,9 is a voltage-current diagram showing a second anode resistance switching characteristic,

도 10은 제1 양극 저항 스위칭 특성과 제2 양극 저항 스위칭 특성을 함께 나타내는 전압-전류 도면, 그리고,10 is a voltage-current diagram showing both the first anode resistance switching characteristic and the second anode resistance switching characteristic;

도 11은 도 10의 전압과 전류를 로그 스케일로 나타내는 전압-전류 도면이다.FIG. 11 is a voltage-current diagram illustrating the voltage and current of FIG. 10 on a logarithmic scale.

본 발명은 저항변화기록소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극 저항 스위칭(bipolar resistance switching, BRS) 특성을 이용한 저항변화기록소자의 정보기록방법, 저항변화기록소자 제조방법 및 이 제조방법을 이용한 저항변화기록소자에 관한 것이다.The present invention relates to a resistance change recording device, and more particularly, to an information recording method of a resistance change recording device using a bipolar resistance switching (BRS) characteristic, a method of manufacturing a resistance change recording device, and a resistance using the manufacturing method. A change recording device.

최근 정보통신 산업의 눈부신 발전으로 인하여 각종 기억소자의 수요가 증가하고 있다. 특히 휴대용 단말기, MP3 플레이어 등에 필요한 기억소자는 전원이 꺼지더라도 기록된 데이터가 지워지지 않는 비휘발성(nonvolatile)이 요구되고 있다. 이러한 비휘발성 기억소자는 전기적으로 데이터의 저장과 소거가 가능하고 전원이 공급되지 않아도 데이터의 보존이 가능하기 때문에, 다양한 분야에서 그 응용이 증가하고 있다. 그러나 종래에 반도체를 이용하여 구성된 다이나믹 랜덤 액세스 메모리(dynamic RAM, DRAM)는 전원이 공급되지 않는 상황에서는 저장된 정보를 모두 잃 어버리는 휘발성(volatile)의 특징을 가지므로 이를 대체할 비휘발성 기억소자의 연구가 수행되고 있다.Recently, due to the remarkable development of the information and communication industry, the demand for various memory devices is increasing. In particular, memory devices required for portable terminals, MP3 players and the like are required to be nonvolatile, in which recorded data is not erased even when the power is turned off. Such nonvolatile memory devices can be electrically stored and erased, and data can be stored even when power is not supplied. Therefore, their applications are increasing in various fields. However, the conventional dynamic random access memory (DRAM) constructed by using a semiconductor has a volatile characteristic that loses all stored information when power is not supplied. Research is being done.

이러한 비휘발성 기억소자 중, 상전이 현상을 이용하는 상전이 랜덤 액세스 메모리(phase RAM, PRAM), 자기저항 변화현상을 이용하는 자기 랜덤 액세스 메모리(magnetic RAM, MRAM), 강유전체의 자발분극현상을 이용한 강유전체 랜덤 액세스 메모리(ferroelectric RAM, FRAM)과 더불어 금속 산화물 박막의 저항 스위칭(resistance switching) 또는 전도도 스위칭(conductivity switching) 현상을 이용하는 저항변화기록소자(resistance RAM, ReRAM) 등이 주요 연구의 대상이다. 특히, ReRAM은 다른 비휘발성 기억 소자에 비하여 소자 구조가 아주 간단하고 제조 공정이 비교적 단순하여 최근에 주목을 많이 받고 있다. Among these nonvolatile memory devices, phase transition random access memory (phase RAM, PRAM) using phase transition phenomenon, magnetic random access memory (magnetic RAM, MRAM) using magnetoresistance change phenomenon, ferroelectric random access memory using spontaneous polarization phenomenon of ferroelectric In addition to (ferroelectric RAM, FRAM), a resistance change recording device (resistance RAM, ReRAM) using the resistance switching or conductivity switching of the metal oxide thin film is the subject of research. In particular, ReRAM has attracted much attention recently because of its very simple device structure and relatively simple manufacturing process compared with other nonvolatile memory devices.

ReRAM은 금속-산화물-금속(metal-oxide-metal: MOM)의 기본 소자 구조에서 적당한 전기적 신호를 가하면 고저항 상태(high resistance state, HRS)에서 저저항 상태(low resistance state, LRS)로 바뀌는 특성이 나타나게 된다. 그리고 다른 전기적 신호에서는 저저항 상태가 고저항 상태로 변하게 된다. 이와 같은 저항의 스위칭 현상 통해 정보를 기록, 판독하게 된다.ReRAM is a metal-oxide-metal (MOM) basic device structure that changes from a high resistance state (HRS) to a low resistance state (LRS) when an appropriate electrical signal is applied. Will appear. In other electrical signals, the low resistance state is changed to a high resistance state. Through this switching phenomenon, the information is recorded and read.

우수한 ReRAM을 구현하기 위해서는 저저항 상태의 저항값에 대한 고저항 상태의 저항값의 비가 커야하고, 전체 메모리의 전력소모를 낮추기 위해 구동 전압이 작아야 한다. 그리고 기록된 정보를 오래 보관하기 위한 데이터 유지 기능(retention) 특성도 우수해야 하고, 반복적인 기록을 위해서 많은 스위칭에도 일정한 저항값을 유지하는 능력(endurance)도 우수해야 한다. 또한, 빠른 작동을 위 해 스위칭 시간이 짧아야 한다. 즉 우수한 저항 스위치 특성을 나타내야 한다. 이를 위해, 저항 스위치 특성 중 단극 저항 스위칭(unipolar resistance switching, URS) 특성에 대한 연구가 이루어지고 있다.In order to realize a good ReRAM, the ratio of the resistance value of the high resistance state to the resistance value of the low resistance state must be large, and the driving voltage must be small to reduce the power consumption of the entire memory. In addition, the data retention function should be excellent to keep the recorded information for a long time, and the endurance should be excellent even for a large number of switching for repeated recording. In addition, the switching time must be short for fast operation. That is, it should exhibit excellent resistance switch characteristics. To this end, research on unipolar resistance switching (URS) characteristics among resistance switch characteristics has been made.

도 1은 단극 저항 스위칭 특성을 나타내는 전압-전류 도면이다.1 is a voltage-current diagram showing a single-pole resistance switching characteristic.

도 1을 도시하기 위해 산화물은 TiO2 박막을 이용하고, 상하부전극은 Pt 전극을 이용하여 저항변화기록소자를 구성하였다. 갓 형성된 TiO2 박막은 절연막으로서 고저항 상태에 있다. 이러한 TiO2 박막은 전압을 증가시켜도 전류가 거의 흐르지 않고 저항 변화도 나타나지 않는다. 따라서 저항변화 특성을 나타내기 위해서는 우선 저항 변화가 가능한 상태를 만들어 주는 것이 필요하다. 이러한 저항 변화를 가능한 상태로 만들어 주는 것을 포밍(forming)이라고 한다. 단극 저항 스위칭 특성을 나타내도록 하는 포밍은 갓 형성된 TiO2 박막에 브렉다운(breakdown)이 일어나는 전압(Vf)을 인가하는 것으로서 도 1의 참조번호 10에 해당한다. 이때 컴플라이언스 전류(compliance current)(Ic)를 인가하여, TiO2 박막을 통해 흐르는 전류가 컴플라이얹스 전류 이상 흐르지 않도록 제약을 걸어주는 과정이 필요하다. 이는 브렉다운이 일어나는 전압(Vf)을 인가하면서 컴플라이언스 전류(Ic)를 인가하지 않으면 지나치게 많은 전류가 흐르게 되어 다시 절연 특성이 파괴되고 회복되지 않는다. In FIG. 1, a resistive change recording device is constructed by using a TiO 2 thin film as an oxide and a Pt electrode as an upper and lower electrode. The newly formed TiO 2 thin film is in a high resistance state as an insulating film. The TiO 2 thin film has little current and no resistance change even when the voltage is increased. Therefore, in order to exhibit resistance change characteristics, it is necessary to first make a state in which resistance change is possible. Making such a change in resistance possible is called forming. Forming to exhibit a unipolar resistance switching characteristic is to apply a voltage (V f ) that breakdown occurs to the freshly formed TiO 2 thin film corresponds to the reference numeral 10 of FIG. At this time, by applying a compliance current (I c ), it is necessary to apply a constraint so that the current flowing through the TiO 2 thin film does not flow more than the compliance current. This causes excessive current to flow without applying the compliance current I c while applying the voltage V f at which the breakdown occurs, and the insulating property is destroyed again and is not recovered.

이와 같은 포밍을 거친 후, 전압을 0V부터 양의 방향으로 전압 스윕(voltage sweep)하면 도 1의 참조번호 20의 실선과 같이 전류가 증가하게 되어, TiO2 박막은 저저항 상태가 되었음을 알 수 있다. 전압 스윕을 수행 중에, 특정 전압 이상을 인가하게 되면 전류가 급속히 작아져서(40), TiO2 박막의 저항이 비약적으로 증가하게 됨을 알 수 있다. 이 특정 전압을 단극 저항 스위칭 리셋(reset) 전압(VURSreset)이라 한다. 이후에 전압을 0V부터 다시 전압 스윕하면 도 1의 참조번호 30의 실선과 같이 거의 전류가 흐르지 않게 된다. 즉, TiO2 박막이 고저항 상태로 변화된 것이다. After such forming, voltage sweep in a positive direction from 0V causes a current increase as shown by the solid line 20 in FIG. 1, indicating that the TiO 2 thin film is in a low resistance state. . During the voltage sweep, it can be seen that if a specific voltage or more is applied, the current rapidly decreases (40), thereby dramatically increasing the resistance of the TiO 2 thin film. This particular voltage is referred to as the monopole resistance switching reset voltage (V URSreset ). Subsequently, when the voltage is swept again from 0 V, almost no current flows as shown by the solid line 30 in FIG. 1. That is, the TiO 2 thin film is changed to a high resistance state.

그리고 고저항 상태에 있는 TiO2 박막에 인가된 전압을 계속하여 증가시키게 되면, 단극 저항 스위칭 리셋(reset) 전압(VURSreset)보다 큰 다른 특정 전압에서 전류 점프(current jump)가 나타나게 된다(50). 이 다른 특정 전압을 단극 저항 스위칭 셋(set) 전압(VURSset)이라고 한다. 이와 같은 전류 점프 이후에 다시 전압을 0V부터 점차 증가시키면, 다시 도 1의 참조번호 20의 실선과 같이 전류가 흐르게 되어, TiO2 박막은 다시 저저항 상태로 변화된다. If the voltage applied to the TiO 2 thin film in the high resistance state is continuously increased, a current jump appears at another specific voltage larger than the monopolar resistance switching reset voltage V URSreset (50). . This other specific voltage is called the monopole resistance switching set voltage (V URSset ). If the voltage is gradually increased again from 0 V after such a current jump, current flows again as shown by the solid line 20 of FIG. 1, and the TiO 2 thin film is changed back to a low resistance state.

즉, 셋 전압은 고저항 상태에 있는 산화물을 저저항 상태로 변화시키는 전압을 의미하며, 이와는 반대로 리셋 전압은 저저항 상태에 있는 산화물을 고저항 상태로 변화시키는 전압을 의미하는 것으로 정의하고, 명세서 상의 셋 전압과 리셋 전압은 이 정의를 따른다. That is, the set voltage means a voltage for changing an oxide in a high resistance state to a low resistance state, and on the contrary, the reset voltage is defined as a voltage for changing an oxide in a low resistance state to a high resistance state. The set and reset voltages of the phases follow this definition.

결국 이처럼 포밍 이후 전압 스윕을 통해 저저항 상태와 고저항 상태의 스위칭을 재현성있게 구현할 수 있다. 도 1에 나타낸 저항 스위칭 특성은 전압의 극성과 관계없이 양의 전압을 인가할 경우와 음의 전압을 인가할 경우 모두에서 발생한 다. 그래서 이와 같은 저항 스위칭을 단극 저항 스위칭이라고 한다. 즉, 단극 저항 스위칭 특성은 인가되는 전압의 극성에 상관없이 하나의 극성만을 인가하여 저저항 상태와 고저항 상태의 스위칭을 나타내는 특성을 가진다.As a result, the voltage sweep after the foaming enables reproducible switching between low and high resistance states. The resistance switching characteristics shown in FIG. 1 occur in both a positive voltage and a negative voltage, regardless of the polarity of the voltage. Therefore, such resistance switching is called unipolar resistance switching. That is, the single-pole resistance switching characteristic has a characteristic of switching between a low resistance state and a high resistance state by applying only one polarity irrespective of the polarity of the applied voltage.

이와 같은 단극 저항 스위칭 특성을 이용해 ReRAM를 구현한 경우 저저항상태와 고저항 상태의 저항차이가 매우 커서 정보가 기록된 소자를 판독하는 데 있어서는 유리하지만, 상대적으로 시동 전압과 재시동 전압이 높아 많은 전력소모가 발생한다는 문제점이 있다. 또한 저저항 상태에서 고저항 상태로, 또는 고저항 상태에서 저저항 상태로 스위칭을 하기 위해서는 펄스(pulse) 전압을 인가하는 것이 바람직한데, 단극 저항 스위칭의 경우에는 스위칭 시간이 긴 문제점이 있다. 특히 리셋을 위해 펄스 전압을 인가할 경우, 고저항 상태에서 저저항 상태로 스위칭하는 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다. 또한 스위칭을 반복함에 따라 시동 전압과 재시동 전압이 일정치 않고 변동(fluctuation)하는 문제점이 있다.If the ReRAM is implemented by using the single-pole resistance switching characteristic, the resistance difference between the low resistance state and the high resistance state is very large, which is advantageous for reading the device in which the information is recorded. There is a problem that consumption occurs. In addition, in order to switch from the low resistance state to the high resistance state, or from the high resistance state to the low resistance state, it is preferable to apply a pulse voltage. In the case of single-pole resistance switching, there is a problem in that the switching time is long. In particular, when applying a pulse voltage for the reset, there is a problem that takes a long time to switch from the high resistance state to the low resistance state. In addition, as the switching is repeated, there is a problem that the start voltage and the restart voltage are not constant and fluctuate.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 구동 전압이 낮아서 전력소모가 낮고 짧은 스위칭 시간을 갖는 저항변화기록소자의 정보기록방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an information recording method of a resistance change recording device having a low driving voltage and low power consumption and a short switching time.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 구동 전압이 낮아서 전력소모가 낮고 짧은 스위칭 시간을 갖는 저항변화기록소자 제조방법 및 이 제조방법을 이용한 저항기록소자를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a resistance change recording device manufacturing method having a low power consumption and a short switching time due to a low driving voltage, and a resistance recording device using the manufacturing method.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 저항변화기록소자의 정보기록방법은 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성된 전이금속 산화물 박막, 상기 전이금속 산화물 박막 상에 형성된 상부전극의 구조를 포함하는 저항변화기록소자의 정보기록방법에 있어서, 상기 전이금속 산화물 박막에 전압을 인가하여 상기 전이금속 산화물 박막을 양극 저항 스위칭(bipolar resistance switching, BRS) 특성이 나타나도록 양극 저항 스위칭 포밍(forming)하는 단계; 상기 포밍된 전이금속 산화물 박막에 별도의 전류 인가 없이, 상기 전이금속 산화물 박막의 단극 저항 스위칭(unipolar reseistance swtching, URS)의 셋(set) 전압의 크기보다 작고, 소프트셋(soft set) 전압의 크기보다 큰 상호 반대되는 극성을 가지는 전압을 각각 인가하여, 상기 전이금속 산화물 박막의 저항을 변화시키는 단계; 및 상기 전이금속 산화물 박막의 저항 크기에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 구비하며, 상기 소프트셋 전압은 상기 전이금속 산화물 박막에 전압을 인가하여 전압 스윕(voltage sweep)할 때, 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 크기의 전압에서 전류가 불연속적으로 증가하는 전압인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, an information recording method of a resistance change recording device according to the present invention includes a structure of a lower electrode, a transition metal oxide thin film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the transition metal oxide thin film. An information recording method of a resistance change recording device, comprising: applying a voltage to the transition metal oxide thin film to form a bipolar resistance switching (BRS) characteristic of the transition metal oxide thin film to exhibit bipolar resistance switching (BRS) characteristics step; Without a current applied to the formed transition metal oxide thin film, less than the set voltage of unipolar resistance switching (URS) of the transition metal oxide thin film, the magnitude of the soft set voltage Varying the resistance of the transition metal oxide thin film by applying a voltage having a greater mutually opposite polarity, respectively; And assigning "0" or "1" according to the resistance of the transition metal oxide thin film, wherein the softset voltage is applied to the transition metal oxide thin film by voltage sweep. In this case, the current is discontinuously increased at a voltage smaller than the set voltage of the single-pole resistance switching.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 다른 저항변화기록소자의 정보기록방법은 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성된 전이금속 산화물 박막, 상기 전이금속 산화물 박막 상에 형성된 상부전극의 구조를 포함하는 저항변화기록소자의 정보기록방법에 있어서, 상기 전이금속 산화물 박막에 전압을 인가하여 상기 전이금속 산화물 박막을 양극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍하는 단계; 상기 포밍된 전이금속 산화물 박막에 제1 양극 저항 스위칭의 리셋(reset) 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압을 인가하거나, 제1 양극 저항 스위칭의 리셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압을 인가한 후, 제1 양극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압을 인가하거나, 제2 양극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압과 전류 크기 증가를 제한하는 컴플라이언스 전류(compliance current)를 인가하여 상기 전이금속 산화물 박막의 저항을 변화시키는 단계; 및 상기 전이금속 산화물 박막의 저항 크기에 따라 "0", "1" 또는 "2"를 할당하는 단계;를 구비하며, 상기 제1 양극 저항 스위칭은 별도의 전류 인가 없는 상태에서 나타내는 양극 저항 스위칭이고, 상기 제2 양극 저항 스위칭은 전류의 크기 증가를 제한하는 컴플라이언스 전류가 인가된 상태에서 나타내는 양극 저항 스위칭인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, another information recording method of the resistance change recording device according to the present invention includes a structure of a lower electrode, a transition metal oxide thin film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the transition metal oxide thin film. An information recording method of a resistance change recording device comprising: forming a voltage of the transition metal oxide thin film to exhibit an anode resistance switching characteristic by applying a voltage to the transition metal oxide thin film; A voltage greater than the reset voltage of the first anode resistance switching and less than the set voltage of the unipolar resistance switching is applied to the formed transition metal oxide thin film, or greater than the reset voltage of the first anode resistance switching. After applying a voltage smaller than the set voltage of the single-pole resistance switching, and applying a voltage greater than the set voltage of the first positive-resistance switching and smaller than the set voltage of the single-pole resistance switching, or the set of the second positive-resistor switching. Varying the resistance of the transition metal oxide thin film by applying a compliance current that is greater than the magnitude of the voltage and less than the magnitude of the set voltage of unipolar resistance switching and limits the increase in current magnitude; And allocating "0", "1" or "2" according to the resistance of the transition metal oxide thin film, wherein the first anode resistance switching is an anode resistance switching in a state in which no current is applied. The second anode resistance switching may be a cathode resistance switching in a state in which a compliance current is applied to limit an increase in the magnitude of the current.

본 발명에 따른 저항변화기록소자의 정보기록방법에 있어서, 상기 양극 저항 스위칭 포밍하는 단계는, 상기 전이금속 산화물 박막에 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 단극 저항 스위칭 포밍하는 단계; 및 상기 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍된 전이금속 산화물 박막에 단극 저항 스위칭의 리셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압을 인가하는 단계;를 가질 수 있다.In the information recording method of the resistance change recording device according to the present invention, the anode resistance switching forming step includes: forming a single pole resistance switching so that the unipolar resistance switching characteristic appears on the transition metal oxide thin film; And applying a voltage to the transition metal oxide thin film formed so that the unipolar resistance switching characteristic is greater than the reset voltage of the unipolar resistance switching and smaller than the set voltage of the unipolar resistance switching.

본 발명에 따른 저항변화기록소자의 정보기록방법에 있어서, 상기 저항을 변화시키는 단계에 인가되는 전압은 펄스 형태의 전압일 수 있다.In the information recording method of the resistance change recording element according to the present invention, the voltage applied to the step of changing the resistance may be a voltage in the form of a pulse.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 저항변화기록소 자 제조방법은 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극 상에 전이금속 산화물 박막을 형성하는 단계; 상기 전이금속 산화물 박막 상에 상부전극을 형성하는 단계; 상기 전이금속 산화물 박막에 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 단극 저항 스위칭 포밍하는 단계; 및 상기 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍된 전이금속 산화물 박막에 단극 저항 스위칭 리셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭 셋 전압의 크기보다 작은 전압을 인가하는 단계;를 갖는다.In order to achieve the above technical problem, the resistance change recording device manufacturing method according to the present invention comprises the steps of forming a lower electrode; Forming a transition metal oxide thin film on the lower electrode; Forming an upper electrode on the transition metal oxide thin film; Unipolar resistance switching forming so that the unipolar resistance switching characteristic appears on the transition metal oxide thin film; And applying a voltage greater than the magnitude of the unipolar resistance switching reset voltage and less than the magnitude of the unipolar resistance switching set voltage to the transition metal oxide thin film formed to exhibit the unipolar resistance switching characteristic.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 저항병화기록소자는 상기의 방법으로 제조된다.In order to achieve the above technical problem, the resistance translation recording device according to the present invention is manufactured by the above method.

본 발명에 의하면, 저항변화기록소자의 구동 전압을 낮춰 전력소모를 줄일 수 있고, 스위칭 시간을 짧게 하여 저항변화기록소자의 기록 속도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, power consumption can be reduced by lowering the driving voltage of the resistance change recording element, and the writing speed of the resistance change recording element can be improved by shortening the switching time.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 저항변화기록소자의 정보기록방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of an information recording method of a resistance change recording device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.

도 2는 본 발명에 따른 저항변화기록소자 제조방법에 대한 바람직한 일 실시예를 수행과정을 나타내는 흐름도이고, 도 3은 도 2의 방법으로 제조된 본 발명에 따른 저항변화기록소자의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.2 is a flowchart illustrating a process of carrying out a preferred embodiment of the method for manufacturing a resistance change recording device according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic structure of the resistance change recording device according to the present invention manufactured by the method of FIG. It is a figure which shows.

도 2 및 도 3을 참조하면, 우선 기판(110) 상에 하부전극(120)을 형성한 다(S210). 하부전극(120)은 Pt, Ru, Ir, Ag, Al 또는 TiN 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 박막으로 이루어지며, 바람직하게는 Pt 박막으로 이루어진다. Pt 박막은 전자빔 증착(e-beam evaporation) 방법을 이용하여 형성하며, 약 500Å 정도의 두께의 박막으로 형성한다.2 and 3, first, the lower electrode 120 is formed on the substrate 110 (S210). The lower electrode 120 is formed of a thin film including at least one selected from Pt, Ru, Ir, Ag, Al, or TiN, and preferably, a thin film of Pt. The Pt thin film is formed using an e-beam evaporation method, and is formed of a thin film having a thickness of about 500 μs.

다음으로, 하부전극(120) 상에 전이금속 산화물 박막(130)을 형성한다(S220). 전이금속 산화물 박막(130)은 TiO2, NiO, HfO2, Al2O3, ZrO2 및 ZnO 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 단일층(single layer) 또는 복합층(multi layer)으로 이루어지며, 바람직하게는 TiO2 박막으로 이루어진다. TiO2 박막은 플라즈마 강화 원자층 증착(plasma enhanced atomic layer deposition, PEALD) 방법을 이용하여 형성하며, 약 100 내지 600Å 정도의 두께의 박막으로 형성한다.Next, the transition metal oxide thin film 130 is formed on the lower electrode 120 (S220). The transition metal oxide thin film 130 is composed of a single layer or a multi layer composed of at least one selected from TiO 2 , NiO, HfO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2, and ZnO. It is made of a TiO 2 thin film. The TiO 2 thin film is formed using a plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) method, and is formed as a thin film having a thickness of about 100 to 600 Å.

다음으로, 전이금속 산화물 박막(130) 상에 상부전극(140)을 형성한다(S230). 상부전극(120)은 하부전극(120)과 마찬가지로 Pt, Ru, Ir, Ag, Al 또는 TiN 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 박막으로 이루어지며, 바람직하게는 약 100Å 정도의 두께의 Pt 박막을 형성한다. 리프트 오프(lift-off) 방법을 이용하여 상부전극(140)을 패터닝한다.Next, the upper electrode 140 is formed on the transition metal oxide thin film 130 (S230). Like the lower electrode 120, the upper electrode 120 is made of a thin film including at least one selected from Pt, Ru, Ir, Ag, Al, or TiN, and preferably, a Pt thin film having a thickness of about 100 μs is formed. do. The upper electrode 140 is patterned by using a lift-off method.

다음으로, 전이금속 산화물 박막(130)을 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍한다(S240). 이는 상술한 바와 같이, 도 1의 Ic와 같은 컴플라이언스 전류를 인가한 상태에서 상부전극(140)과 하부전극(120) 사이에 도 1의 Vf에 해당하는 전압을 인가하는 것이다. 양극 저항 스위칭은 단극 저항 스위칭과 달리, 고저항 상태에 서 저저항 상태로 변화시킬 때 이용되는 극성과 저저항 상태에서 고저항 상태로 변화시킬 때 이용되는 극성이 다른 전압을 인가하여 스위칭을 하는 것을 의미한다. 이와 같은 양극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍을 하기 위해서는 먼저 전이금속 산화물 박막(130)을 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍하여 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화시킨다. Next, the transition metal oxide thin film 130 is formed to exhibit unipolar resistance switching characteristics (S240). As described above, the voltage corresponding to V f of FIG. 1 is applied between the upper electrode 140 and the lower electrode 120 in a state in which a compliance current such as I c of FIG. 1 is applied. Anode resistance switching is different from unipolar resistance switching, in which switching is performed by applying a voltage having a different polarity when changing from a high resistance state to a low resistance state and a polarity used when changing from a low resistance state to a high resistance state. it means. In order to form such a cathode resistance switching characteristic, first, the transition metal oxide thin film 130 is formed so as to exhibit a unipolar resistance switching characteristic to change from a high resistance state to a low resistance state.

다음으로, 전이금속 산화물 박막(130)에 단극 저항 스위칭의 리셋 전압보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압보다 작은 전압을 인가한다(S250). 이는 도 1의 VURSreset에 해당하는 전압보다 크고 도 1의 VURSset에 해당하는 전압보다 작은 전압을 상부전극(140)과 하부전극(130) 사이에 인가하는 것이다. 이와 같은 과정을 거치면 전이금속 산화물 박막(130)은 저저항 상태에서 고저항 상태로 변화되고, 전이금속 산화물 박막(130)이 양극 저항 스위칭을 할 수 있는 상태가 된다.Next, a voltage greater than the reset voltage of the unipolar resistance switching and smaller than the set voltage of the unipolar resistance switching is applied to the transition metal oxide thin film 130 (S250). This is to apply a voltage between the upper electrode 140 and the lower electrode 130 that is greater than the voltage corresponding to V URSreset of FIG. 1 and smaller than the voltage corresponding to V URSset of FIG. 1. Through this process, the transition metal oxide thin film 130 is changed from a low resistance state to a high resistance state, and the transition metal oxide thin film 130 is in a state capable of switching anode resistance.

상기의 방법으로 본 발명에 따른 저항변화기록소자를 제조할 수 있다. By the above method, the resistance change recording device according to the present invention can be manufactured.

도 4는 본 발명에 따른 저항변화기록소자의 정보기록방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart showing a process of performing a preferred embodiment of the information recording method of the resistance change recording element according to the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 우선, 도 3에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 하부전극(120), 전이금속 산화물 박막(130) 및 상부전극(140)이 형성된 저항변화기록소자(100)를 준비한다(S310). Referring to FIGS. 3 and 4, first, as shown in FIG. 3, a resistance change recording device having a lower electrode 120, a transition metal oxide thin film 130, and an upper electrode 140 formed on a substrate 110 may be formed. 100) to prepare (S310).

다음으로, 전이금속 산화물 박막(130)을 양극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍한다(S320). 전이금속 산화물 박막(130)을 양극 저항 스위칭 특성이 나타나 도록 포밍하는 방법은 상술한 도 2의 S240 단계와 S250 단계를 통해서 할 수 있다.Next, the transition metal oxide thin film 130 is formed to exhibit the anode resistance switching characteristic (S320). The method of forming the transition metal oxide thin film 130 to show the anode resistance switching characteristic may be performed through steps S240 and S250 of FIG. 2.

S320 단계에서 양의 전압을 인가하여 포밍한 전이금속 산화물 박막(130)의 저항 스위칭 특성에 대해서 살펴본다. 음의 전압을 인가하여 포밍한 경우도 극성만 반대일 뿐 나머지 구성은 동일하다.The resistance switching characteristics of the transition metal oxide thin film 130 formed by applying a positive voltage in step S320 will be described. In the case of forming by applying a negative voltage, only the opposite polarity is the same.

이를 위해, S320 단계에서 양의 전압을 인가하여 포밍한 전이금속 산화물 박막(130)에 전압을 인가하여 0V 에서 음의 방향으로 전압 스윕을 수행하면, 도 5와 같은 형태의 전압-전류 도면을 얻을 수 있다. 양극 저항 스위칭을 위한 포밍을 마치면 전이금속 산화물 박막(130)은 고저항 상태에 있게 되므로, 참조번호 410에 나타낸 것과 같이 작은 전압에서는 거의 전류가 흐르지 않는다. 그러다가 특정 전압에 도달하게 되면 갑자기 전류가 불연속적으로 크게 증가하는 전류 점프 현상이 나타난다(420). 이러한 현상은 단극 저항 스위칭의 셋과는 다른 현상으로 이를 소프트셋(soft set)이라 하며, 특정 전압은 소프트셋 전압(Vsoftset)에 해당한다. 이 소프트셋 전압(Vsoftset) 이후로는 전압을 증가시켜도 참조번호 430에 나타낸 것과 같이 전류의 변화가 미미한 상태가 된다. 더 전압을 증가시켜 단극 저항 스위칭의 셋 전압(VURSset)에 도달하게 되면, 비로소 단극 저항 스위칭 셋이 나타나게 된다(440). To this end, applying a voltage to the transition metal oxide thin film 130 formed by applying a positive voltage in step S320 and performing a voltage sweep in a negative direction at 0V, a voltage-current diagram as shown in FIG. 5 is obtained. Can be. After forming for the anode resistance switching, the transition metal oxide thin film 130 is in a high resistance state, so that little current flows at a small voltage as indicated by reference numeral 410. Then, when a certain voltage is reached, a current jump phenomenon in which the current suddenly increases greatly discontinuously appears (420). This phenomenon is different from the set of single-pole resistance switching, which is called a soft set, and a specific voltage corresponds to a soft set voltage (V softset ). After this softset voltage V softset , even if the voltage is increased, the current change is insignificant as shown by reference numeral 430. When the voltage is increased to reach the set voltage V URSset of the single-pole resistance switching, the single-pole resistance switching set will appear (440).

그러나 단극 저항 스위칭의 셋 전압(VURSset)까지 전압을 증가시키지 않고 소프트셋 전압(Vsoftset) 도달 이후에 전압의 증가를 중지하고, 반대 극성을 갖는 전압을 인가하게 되면 양극 저항 스위칭 특성이 나타나게 된다. However, without increasing the voltage up to the set voltage (V URSset ) of unipolar resistance switching, the voltage increase is stopped after reaching the softset voltage (V softset ), and a positive resistance switching characteristic appears when a voltage having a reverse polarity is applied. .

도 6은 양극 저항 스위칭 특성을 나타내는 전압-전류 도면이고, 도 7은 도 6의 전압과 전류를 로그 스케일로 나타낸 전압-전류 도면이다. FIG. 6 is a voltage-current diagram showing the anode resistance switching characteristic, and FIG. 7 is a voltage-current diagram showing the voltage and current of FIG. 6 on a logarithmic scale.

도 6 및 도 7을 도시하기 위해 전이금속 산화물 박막(130)은 TiO2 박막을 이용하고, 상부전극(140)과 하부전극(130)은 Pt 전극을 이용하여 저항변화기록소자(100)를 구성하였다. 도 6 및 도 7을 참조하면, TiO2 박막을 양극 저항 스위칭을 위한 포밍한 후, 음의 방향으로 전압 스윕을 수행하면, 참조번호 530에 나타낸 것과 같이 작은 전압에서는 전류의 변화가 거의 없다가 특정 전압에 도달하게 되면, 전류 점프가 나타난다(510). 이것이 상술한 소프트셋에 해당한다. 이 특정 전압 이후에도 계속하여 스윕하면, 전류가 조금씩 감소하게 된다. 6 and 7, the transition metal oxide thin film 130 uses a TiO 2 thin film, and the upper electrode 140 and the lower electrode 130 constitute a resistance change recording device 100 using a Pt electrode. It was. 6 and 7, after forming the TiO 2 thin film for anode resistance switching and performing a voltage sweep in the negative direction, as shown by reference numeral 530, there is almost no change in current at a small voltage. When the voltage is reached, a current jump appears (510). This corresponds to the softset described above. If the sweep continues after this particular voltage, the current decreases little by little.

단극 저항 스위칭 셋이 나타나기 전에 전압 스윕을 중지하고, 다시 0V에서 양의 방향으로 전압 스윕을 수행하면, 참조번호 550에 나타낸 것과 같이 작은 전압에서는 전류의 변화가 거의 없는 영역이 나타난다. 그러나 계속 전압을 증가시켜서, 다른 특정 전압에 도달하면 전류 점프가 나타난다(520). 이것 또한 상술한 소프트셋에 해당한다. 양극 저항 스위칭은 인가되는 전압의 극성에 대칭적인 특성을 나타내므로 소프트셋도 극성에 따라 하나씩 나타난다. 그리고 이 경우에도 단극 저항 스위칭 셋이 나타나는 전압까지 전압을 증가시키지 않고 전압 스윕을 중단한다. 그리고 0V까지 반대로 전압 스윕을 수행하면, 전압에 따른 전류의 변화가 참조번호 570에 나타낸 것과 같이 된다. 이와 같은 방식으로 계속 전압 스윕을 수행하면 상기의 과정이 반복된다. If the voltage sweep is stopped before the unipolar resistance switching set appears and the voltage sweep is performed in the positive direction again at 0 V, an area with little current change appears at a small voltage as shown by reference numeral 550. However, as the voltage continues to increase, a current jump appears (520) when another specific voltage is reached. This also corresponds to the softset described above. Anode resistance switching is symmetrical in polarity of the applied voltage, so softsets appear one by one according to their polarity. Also in this case, the voltage sweep is stopped without increasing the voltage to the voltage at which the single-pole resistance switching set appears. If the voltage sweep is reversed up to 0V, the current change with the voltage becomes as shown by reference numeral 570. If the voltage sweep is continued in this manner, the above process is repeated.

참조번호 570에 나타낸 전류(-■-)와 참조번호 550에 나타낸 전류(-●-)의 차이를 명확하게 나타내는 것이 도 7이다. 도 7을 살펴보면, 0.1 내지 0.2V에서 참조번호 550에 나타낸 전류(-●-)는 약 6×10-5A이고, 참조번호 570에 나타낸 전류(-■-)는 약 2×10-4A이다. 이를 저항으로 바꾸면 참조번호 570에 해당하는 상태가 저저항 상태에 해당하고, 참조번호 550에 해당하는 상태가 고저항 상태에 해당한다.그리고, 고저항 상태의 저항값이 저저항 상태의 저항값에 비해 2 내지 10배 정도 크다.7 clearly shows the difference between the current (-?-) Indicated by reference numeral 570 and the current (-?-) Indicated by reference numeral 550. FIG. Referring to FIG. 7, at 0.1 to 0.2 V, the current (-?-) Indicated by reference numeral 550 is about 6 × 10 -5 A, and the current (-■-) indicated by reference numeral 570 is about 2 × 10 -4 A to be. When this is changed to resistance, the state corresponding to reference number 570 corresponds to the low resistance state, and the state corresponding to reference number 550 corresponds to the high resistance state, and the resistance value of the high resistance state corresponds to the resistance value of the low resistance state. 2 to 10 times larger than.

즉, 음의 전압 영역에서 소프트셋(510)이 나타난 이후, 그려지는 곡선(550)이 고저항 상태에 해당하며, 양의 전압 영역에서 소프트셋(520)이 나타난 이후 그려지는 곡선(570)이 저저항 상태에 해당한다. 즉, 양의 전압 영역에서 나타나는 소프트셋(520)은 고저항 상태(550)를 저저항 상태(570)로 변경시키는 것이므로 셋에 해당하고, 고저항 상태(550)를 저저항 상태(570)로 변경시키는 전압을 양극 저항 스위칭의 셋 전압(VBRSset)이라 한다. 그리고, 음의 전압 영역에서 나타나는 소프트셋(510)은 저저항 상태(570)를 고저항 상태(550)로 변경시키는 것이므로 리셋에 해당하고, 저저항 상태(570)를 고저항 상태(550)로 변경시키는 전압을 양극 저항 ㅅ스위칭 리셋 전압(VBRSreset)이라 한다. 즉, 양극 저항 스위칭 특성은 극성이 다른 전압을 인가하여, 전이금속 산화물 박막(130)을 저저항 상태(570)에서 고저항 상태(550)로 변경하거나, 고저항 상태(550) 상태에서 저저항 상태(570) 상태로 변경 하는 것이다.That is, after the softset 510 appears in the negative voltage region, the curve 550 drawn corresponds to a high resistance state, and the curve 570 drawn after the softset 520 appears in the positive voltage region is shown. Corresponds to the low resistance state. That is, the soft set 520 appearing in the positive voltage region corresponds to the set because the high resistance state 550 is changed to the low resistance state 570, and the high resistance state 550 is changed to the low resistance state 570. The voltage to be changed is called the set voltage V BRSset of the anode resistance switching. In addition, the softset 510 that appears in the negative voltage region corresponds to a reset because the low resistance state 570 is changed to the high resistance state 550, and the low resistance state 570 is changed to the high resistance state 550. The voltage to change is referred to as the positive resistance switch switching voltage (V BRSreset ). That is, in the anode resistance switching characteristic, a voltage having a different polarity is applied to change the transition metal oxide thin film 130 from the low resistance state 570 to the high resistance state 550, or the low resistance state in the high resistance state 550. State 570 is to change the state.

다음으로, 포밍된 전이금속 산화물 박막(130)에 전압을 인가하여 전이금속 산화물 박막(130)을 저저항 상태 또는 고저항 상태로 스위칭한다(S330). 실제 소자의 구동에 있어서는 도 6 및 도 7에 나타난 것과 같이 전압 스윕을 수행하는 것이 아니라 제어가 용이한 전압의 펄스를 인가하여 소자를 구동하는 것이 바람직하다. 전이금속 산화물 박막(130)이 고저항 상태(550)에 있을 때, 양극 저항 스위칭의 셋 전압(VBRSset)의 크기보다 큰 전압을 인가하여(520) 전이금속 산화물 박막(130)을 저저항 상태(570)로 변화시킬 수 있다. 반대로 전이금속 산화물 박막이 저저항 상태(570)에 있을 때, 양극 저항 스위칭의 리셋 전압(VBRSreset)의 크기보다 작은 전압을 인가하여(510) 전이금속 산화물 박막(130)의 상태를 고저항 상태(550)로 변화시킬 수 있다.Next, a voltage is applied to the formed transition metal oxide thin film 130 to switch the transition metal oxide thin film 130 to a low resistance state or a high resistance state (S330). In the actual driving of the device, as shown in FIGS. 6 and 7, it is preferable to drive the device by applying a pulse of a voltage that can be easily controlled, rather than performing a voltage sweep. When the transition metal oxide thin film 130 is in the high resistance state 550, a voltage greater than the set voltage V BRSset of the anode resistance switching is applied (520) to bring the transition metal oxide thin film 130 into the low resistance state. 570. On the contrary, when the transition metal oxide thin film is in the low resistance state 570, a voltage smaller than the magnitude of the reset voltage V BRSreset of the anode resistance switching is applied (510) to change the state of the transition metal oxide thin film 130 to the high resistance state. 550.

즉, 전이금속 산화물 박막(130)을 저저항 상태(570)로 스위칭하기 위해서는 전이금속 산화물 박막(130)에 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRSset)의 크기보다 큰 전압을 인가한다. 그리고 전이금속 산화물 박막(130)을 고저항 상태(550)로 스위칭하기 위해서는 양극 저항 스위칭의 리셋 전압(VBRSreset)의 크기보다 큰 전압을 인가한다.That is, to switch the transition metal oxide thin film 130 to the low resistance state 570, a voltage greater than the magnitude of the anode resistance switching set voltage V BRSset is applied to the transition metal oxide thin film 130. In order to switch the transition metal oxide thin film 130 to the high resistance state 550, a voltage greater than the magnitude of the reset voltage V BRSreset of the anode resistance switching is applied.

다만, 상기의 경우 모두 도 5의 VURSset에 해당하는 단극 저항 스위칭의 셋 전압 크기 이상의 범위를 갖는 전압을 인가하면 안 된다. 단극 저항 스위칭의 셋 전압(VURSset) 크기 이상의 범위를 갖는 전압을 인가하게 되면, 그 후에는 양극 저항 스 위칭 특성을 나타내지 않고, 단극 저항 스위칭 특성을 나타내게 되므로 단극 저항 스위칭의 셋 전압(VURSset) 크기 이상의 전압을 인가해서는 안 된다. 만일 단극 저항 스위칭 셋 전압(VURSset) 크기 이상의 범위를 갖는 전압을 인가하게 되면 다시 도 1의 VURSreset에 해당하는 단극 저항 스위칭 리셋 전압 이상을 인가하여, 양극 저항 스위칭 특성을 나타내도록 포밍하여야 한다.However, in all of the above cases, a voltage having a range greater than or equal to the set voltage of single-pole resistance switching corresponding to V URSset of FIG. 5 should not be applied. When applying a voltage having a set voltage (V URSset) size range than in unipolar resistance switching, and after that does not exhibit a positive resistance switching properties, exhibit a unipolar resistance switching characteristics because the set voltage (V URSset) of the single-pole resistance switching Do not apply more than the magnitude of the voltage. If a voltage having a range greater than or equal to the unipolar resistance switching set voltage V URSset is applied, the unipolar resistance switching reset voltage corresponding to V URSreset of FIG. 1 is applied again to form a positive resistance switching characteristic.

다시 도 4로 돌아가서, 전이금속 산화물 박막(130)의 저항 상태에 따라 "0"과 "1"을 할당한다(S340). 보통의 경우 전류가 큰 저저항 상태를 "1"로, 전류가 작은 고저항 상태를 "0"으로 할당하여 정보를 기록한다. 4 again, “0” and “1” are allocated according to the resistance state of the transition metal oxide thin film 130 (S340). In general, the information is recorded by assigning a low resistance state with a large current to "1" and a high resistance state with a small current as "0".

이상에서는 저항변화기록소자(100)를 이용하여 2가지 형태로 정보를 기록하는 경우에 대해서 설명하였는데, 정보를 3가지 형태로 기록하는 것이 더 많은 양의 정보를 다양하게 기록하는 데 도움이 되므로 이하에서는 3가지 형태로 정보를 기록하는 경우에 대해서 살펴본다.In the above, the case where the information is recorded in two forms by using the resistance change recording element 100 has been described. Since the information is recorded in three forms, it helps to record a larger amount of information in various ways. In this section, we look at three cases of recording information.

도 8은 본 발명에 따른 저항변화기록소자의 정보기록방법에 대한 바람직한 다른 실시예를 나타내는 흐름도이다.8 is a flowchart showing another preferred embodiment of the information recording method of the resistance change recording element according to the present invention.

도 3 및 도 8을 참조하면, 우선, 도 3에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 하부전극(120), 전이금속 산화물 박막(130) 및 상부전극(140)이 형성된 저항변화기록소자(100)를 준비한다(S710). Referring to FIGS. 3 and 8, first, as shown in FIG. 3, a resistance change recording device having a lower electrode 120, a transition metal oxide thin film 130, and an upper electrode 140 formed on a substrate 110 may be formed. 100) to prepare (S710).

다음으로, 전이금속 산화물 박막(130)을 양극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍한다(S720). 전이금속 산화물 박막(130)을 양극 저항 스위칭 특성이 나타나 도록 포밍하는 방법은 상술한 도 2의 S240 단계와 S250 단계를 통해서 할 수 있다.Next, the transition metal oxide thin film 130 is formed to exhibit the anode resistance switching characteristic (S720). The method of forming the transition metal oxide thin film 130 to show the anode resistance switching characteristic may be performed through steps S240 and S250 of FIG. 2.

3가지 형태로 정보를 기록하기 위해서는, 전이금속 산화물 박막(130)을 3가지 상태의 저항값을 갖도록 하기 위해서는 상술한 스위칭 방식 외에 다른 방식을 추가로 이용해야 한다. 일단, 상술한 스위칭 방식으로 중간저항 상태와 고저항 상태로 전이금속 산화물 박막(130)을 변화시킬 수 있다. 여기서 중간저항 상태는 도 6의 저저항 상태(570)에 해당하고, 고저항 상태는 도 6의 고저항 상태(550)에 해당한다. 그러므로 도 6의 저저항 상태(570)보다 더 저항이 낮은 상태를 얻기 위해서 다른 형태의 스위칭 방식을 택해야 한다. 이를 위해, 전이금속 산화물 박막(130)에 도 5의 Vsoftset에 해당하는 소프트셋 전압을 인가하면서, 전류의 크기 증가를 제약하는 컴플라이언스 전류를 함께 인가하여 전류 점프가 일어나는 정도를 제한하는 형태의 스위칭 방법이 사용된다.In order to record information in three forms, in order to make the transition metal oxide thin film 130 have resistance values in three states, other methods besides the above-described switching method should be additionally used. First, the transition metal oxide thin film 130 may be changed into an intermediate resistance state and a high resistance state by the above-described switching method. Here, the intermediate resistance state corresponds to the low resistance state 570 of FIG. 6, and the high resistance state corresponds to the high resistance state 550 of FIG. 6. Therefore, in order to obtain a lower resistance state than the low resistance state 570 of FIG. To this end, while applying a softset voltage corresponding to V softset of FIG. 5 to the transition metal oxide thin film 130, a switching type of limiting the current jump occurs by applying a compliance current that restricts the increase in current. Method is used.

도 9는 컴플라이언스 전류를 이용한 다른 형태의 특성을 지닌 양극 저항 스위칭 특성을 나타내는 전압-전류 도면이다.FIG. 9 is a voltage-current diagram illustrating anode resistance switching characteristics with other types of characteristics using compliance currents.

도 9를 도시하기 위해, 전이금속 산화물 박막(130)은 TiO2 박막을 이용하고, 상부전극(140)과 하부전극(130)은 Pt 전극을 이용하여 저항변화기록소자(100)를 구성하였다. 도 9를 참조하면, 우선 양의 전압을 인가하여 단극 저항 스위칭의 리셋 상태로 변화(이것은 상술한 바와 같이 양극 저항 스위칭의 포밍에 해당)시킨 후, 0V에서 음의 방향으로 전압을 스윕을 할 때 컴플라이언스 전류(Ic)를 인가한다. 그리고 전압 스윕을 수행하면, 참조번호 820에 나타낸 선을 따라 진행하다가, 도 5에 서 설명한 것과 같이 도 5의 Vsoftset에 해당하는 소프트셋 전압에서 전류 점프가 일어나게 된다(810). 다만 이 경우는 컴플라이언스 전류(Ic)에 의해 그 점프되는 전류의 크기가 제한되어 점프되는 전류의 크기가 컴플라이언스 전류(Ic) 이상이 되지 못한다.9, the transition metal oxide thin film 130 is formed of a TiO 2 thin film, and the upper electrode 140 and the lower electrode 130 are formed of a resistance change recording device 100 using a Pt electrode. Referring to FIG. 9, first, a positive voltage is applied to change the reset state of the monopole resistance switching (this corresponds to the forming of the anode resistance switching as described above), and then when the voltage is swept in the negative direction at 0V. The compliance current I c is applied. When the voltage sweep is performed, a current jump occurs at a softset voltage corresponding to V softset of FIG. 5 as described with reference to FIG. 5, as shown in FIG. 5 (810). In this case, however, the amount of the jumping current is limited by the compliance current I c , and thus the magnitude of the jumping current cannot be greater than or equal to the compliance current I c .

그 후 다시 전압을 0V에서 양의 방향으로 전압 스윕을 하게 되면, 참조번호 830에 나타낸 것과 같이 상대적으로 큰 전류가 흐르게 됨을 알 수 있다. 따라서, 전이금속 산화물 박막(130)은 저저항 상태가 되고 이러한 저저항 상태는 도 5에서 설명한 저저항 상태(570)보다 더 저항이 낮은 상태에 해당한다. 저항의 크기는 컴플라이언스 전류(Ic)의 크기에 따라 달라진다. 그리고 계속 전압을 증가시켜, 특정전압에 도달하게 되면(860), 전류가 증가하지 않게 되거나 전류의 증가 속도가 변하게 된다. 이 특정 전압은 컴플라이언스 전류(Ic)의 크기에 따라 달라진다. 그리고 이 특정 전압보다 큰 전압으로 전압을 계속 전압을 증가시키게 되면, 참조번호 840에 나타낸 것과 같이 전류의 변화가 크지 않은 영역이 나타난다.Then, when the voltage is swept in the positive direction again at 0V, it can be seen that a relatively large current flows as shown by reference numeral 830. Accordingly, the transition metal oxide thin film 130 is in a low resistance state, which corresponds to a state in which the resistance is lower than the low resistance state 570 described with reference to FIG. 5. The magnitude of the resistor depends on the magnitude of the compliance current I c . When the voltage is continuously increased to reach a specific voltage (860), the current does not increase or the increase rate of the current changes. This particular voltage depends on the magnitude of the compliance current I c . If the voltage is continuously increased to a voltage larger than this specific voltage, an area where the change in current is not large as shown by reference numeral 840 appears.

이후 다시 0V에서 양의 방향으로 전압 스윕을 하면 참조번호 850에 나타낸 것과 같이 전류의 크기가 감소하게 되어 전이금속 산화물 박막(130)이 고저항 상태가 되었음을 알 수 있다.After the voltage sweep in the positive direction at 0V again, as shown by reference numeral 850, the magnitude of the current decreases, indicating that the transition metal oxide thin film 130 has a high resistance state.

이러한 양극 저항 스위칭을 도 6에서 설명한 양극 저항 스위칭과 구분하기 위하여, 도 6에서 설명한 양극 저항 스위칭을 제1 양극 저항 스위칭이라 하고, 도 9에서 설명한 양극 저항 스위칭을 제2 양극 저항 스위칭이라 한다. 제1 양극 저항 스위칭과 제2 양극 저항 스위칭을 동시에 이용하게 되면, 저항의 상태를 3가지 상태로 변경시킬 수 있다. 제2 양극 저항 스위칭의 경우에는 음의 전압 영역에서 나타나는 소프트셋에 해당하는 전압을 인가하게 되면, 전이금속 산화물 박막(130)이 고저항 상태(850) 상태에서 저저항 상태(830)으로 변하게 되므로 제2 양극 저항 스위칭의 셋에 해당하고, 이 전압은 제2 양극 저항 스위칭의 셋 전압(VBRS set)이다. 그리고, 도 9의 참조번호 860에 해당하는 전압을 인가하게 되면, 전이금속 산화물 박막(130)이 저저항 상태(830)에서 고저항 상태(850)으로 변하게 되므로 제2 양극 저항 스위칭의 리셋에 해당하고, 이 전압을 제2 양극 저항 스위칭의 리셋 전압(VBRS Ⅱreset)이라 할 수 있다.In order to distinguish the anode resistance switching from the anode resistance switching described with reference to FIG. 6, the anode resistance switching described with reference to FIG. 6 is referred to as a first anode resistance switching, and the anode resistance switching described with reference to FIG. 9 is referred to as a second anode resistance switching. When the first anode resistance switching and the second anode resistance switching are used at the same time, the state of the resistor can be changed into three states. In the case of the second anode resistance switching, when the voltage corresponding to the softset appearing in the negative voltage region is applied, the transition metal oxide thin film 130 is changed from the high resistance state 850 to the low resistance state 830. Corresponding to the set of the second positive resistance switching, this voltage is the set voltage V BRS II set of the second positive resistance switching. When the voltage corresponding to the reference numeral 860 of FIG. 9 is applied, the transition metal oxide thin film 130 is changed from the low resistance state 830 to the high resistance state 850 and thus corresponds to the reset of the second anode resistance switching. This voltage may be referred to as a reset voltage V BRS II reset of the second positive resistance switching.

이러한 스위칭 특성을 도 10 및 도 11에 나타내었다. 도 10 및 도 11을 도시하기 위해 전이금속 산화물 박막(130)은 TiO2 박막을 이용하고, 상부전극(140)과 하부전극(120)은 Pt 전극을 이용하여 저항변화기록소자(100)를 구성하였다. 도 10은 제1 양극 저항 스위칭 특성과 제2 양극 저항 스위칭 특성을 함께 나타내는 전압-전류 도면이고, 도 11은 도 10의 전압과 전류를 로그 스케일로 나타내는 전압-전류 도면이다.Such switching characteristics are shown in FIGS. 10 and 11. 10 and 11, the transition metal oxide thin film 130 uses a TiO 2 thin film, and the upper electrode 140 and the lower electrode 120 constitute a resistance change recording element 100 using a Pt electrode. It was. FIG. 10 is a voltage-current diagram showing both the first anode resistance switching characteristic and the second anode resistance switching characteristic, and FIG. 11 is a voltage-current diagram showing the voltage and current of FIG. 10 on a logarithmic scale.

제1 양극 저항 스위칭과 제2 양극 저항 스위칭 모두 양의 전압을 인가하여 포밍한 다음, 음의 전압을 인가하여 전압 스윕을 수행할 때, 컴플라이언스 전류(Ic) 를 인가하지 않으면 제1 양극 저항 스위칭 특성과 동일하게 된다. 제1 양극 저항 스위칭은 양의 전압쪽에서 전류 점프가 일어날 때가 전이금속 산화물 박막(130)이 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되므로 제1 양극 저항 스위칭의 셋이 되고, 음의 전압 쪽에서 전류 점프가 일어나게 되면, 전이금속 산화물 박막(130)이 저저항 상태에서 고저항 상태로 변하게 되므로 제1 양극 저항 스위칭의 리셋이 된다. When both the first positive electrode resistance switching and the second positive electrode resistance switching are formed by applying a positive voltage, and then performing a voltage sweep by applying a negative voltage, the first positive electrode resistance switching is not applied when the compliance current I c is not applied. Same as the characteristics. In the first anode resistance switching, when the current jump occurs on the positive voltage side, the transition metal oxide thin film 130 changes from the high resistance state to the low resistance state. In this case, since the transition metal oxide thin film 130 is changed from a low resistance state to a high resistance state, the first anode resistance switching is reset.

그러나 이와 대비되게 제2 양극 저항 스위칭은 컴플라이언스 전류를 인가한 상태에서 음의 전압을 인가하여 전압 스윕을 할 때, 상술한 바와 같이 고저항 상태가 된다. 그리고 양의 전압을 인가하여 전압 스윕을 할 때, 전류의 증가변화가 변하게 되는 일정 전압 이상을 인가하게 되면 저저항 상태가 된다. 즉, 이 경우는 음의 전압 쪽에서 전류 점프가 일어날 때가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되므로 제2 양극 저항 스위칭의 셋이 되고, 양의 전압쪽에서 전류의 증가변화율이 변할 때 저저항 상태에서 고저항 상태로 변화되므로 제2 양극 저항 스위칭의 리셋이 되어 제1 양극 저항 스위칭과 반대가 된다.In contrast, the second anode resistance switching is in a high resistance state as described above when the voltage sweep is performed by applying a negative voltage in a state in which a compliance current is applied. When a voltage sweep is performed by applying a positive voltage, a low resistance state is applied when a voltage equal to or greater than a predetermined voltage at which an increase change in current is changed. That is, in this case, when the current jump occurs on the negative voltage side, it is changed from the high resistance state to the low resistance state, so it becomes the set of the second anode resistance switching, and when the increase rate of change of the current on the positive voltage side changes, Since the resistance state is changed, the second positive resistance switching is reset, which is opposite to the first positive resistance switching.

제1 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(950, -▲-)나 제2 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(960, -●-)의 저항 차이는 도 9와 도 10에 나타낸 바와 같이 거의 없다. 그리고 제1 양극 저항 스위칭에서의 저저항 상태(970, -▶-)가 제2 양극 저항 스위칭에서의 저저항 상태(980, -■-)보다 저항값이 항상 더 커서 제1 양극 저항 스위칭의 저저항 상태(970)를 중간저항 상태, 제2 양극 저항 스위칭에서의 저저항 상태(980)를 저저항 상태라고 할 수 있다. 이와 같이 컴플라이언스 전류의 인가 여부에 따라 3가지의 저항 상태를 만들 수 있게 된다. There is almost no difference in resistance between the high resistance state 950 (− ▲ −) of the first positive electrode resistance switching or the high resistance state 960 (− • −−) of the second positive electrode resistance switching. The low resistance state 970 (->-) in the first positive resistance switching is always greater than the low resistance state 980 (-)-in the second positive resistance switching, so that the low value of the first positive resistance switching is low. The resistance state 970 may be referred to as an intermediate resistance state, and the low resistance state 980 in the second anode resistance switching may be referred to as a low resistance state. In this way, three resistance states can be created depending on whether or not a compliance current is applied.

다음으로, 전이금속 산화물 박막(130)에 전압을 인가하여 전이금속 산화물 박막(130)을 고저항상태, 중간저항 상태 및 저저항 상태로 변화시킨다(S730). 상술한 바와 같이, 실제 소자의 구동에 있어서는 전압 스윕을 통해 전이금속 산화물 박막(130)의 저항 상태를 변화시키는 것은 적절치 않으므로 펄스 전압을 인가하여 전이금속 산화물 박막(130)의 저항 상태를 변화시키게 된다. Next, a voltage is applied to the transition metal oxide thin film 130 to change the transition metal oxide thin film 130 into a high resistance state, an intermediate resistance state and a low resistance state (S730). As described above, in the actual driving of the device, it is not appropriate to change the resistance state of the transition metal oxide thin film 130 through voltage sweep, so that the resistance state of the transition metal oxide thin film 130 is changed by applying a pulse voltage. .

먼저 전이금속 산화물 박막(130)을 고저항 상태(950, 960)에서 중간저항 상태(970)로 저항 상태를 변화시키는 경우에 대해 살펴본다. 제1 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(950)에서 중간저항 상태(970)로 변화시키기 위해서는, 제1 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRS set) 이상을 인가한다(920). 제2 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(960)에서 중간저항 상태(970)로 변화시키기 위해서는, 제1 양극 저항 스위칭 리셋 전압(VBRS reset) 이하를 인가한(920) 후, 제1 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRS set) 이상을 인가한다(910).First, a case in which the transition metal oxide thin film 130 is changed from the high resistance states 950 and 960 to the intermediate resistance state 970 will be described. In order to change from the high resistance state 950 of the first anode resistance switching to the intermediate resistance state 970, the first anode resistance switching set voltage V BRS I set or more is applied (920). In order to change from the high resistance state 960 of the second anode resistance switching to the intermediate resistance state 970, the first anode resistance is applied after the first anode resistance switching reset voltage V BRS I reset or less is applied 920. More than the switching set voltage V BRS I set is applied (910).

그리고, 전이금속 산화물 박막(130)을 고저항 상태(950, 960)에서 저저항 상태(980)로 저항 상태를 변화시키는 경우에 대해 살펴본다. 제1 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(950)에서 저저항 상태(980)로 변화시키기 위해서는, 제2 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRS set) 이하를 인가하고, 컴플라이언스 전류(Ic)를 인가한다(930). 제2 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(960)에서 저저항 상태(980)로 변화시키기 위해서도 마찬가지로, 제2 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRS set) 이하인 -0.6V 이하를 인가하고, 컴플라이언스 전류(Ic)를 인가한다(930).In addition, the case where the transition state of the transition metal oxide thin film 130 is changed from the high resistance states 950 and 960 to the low resistance state 980 will be described. In order to change from the high resistance state 950 of the first anode resistance switching to the low resistance state 980, the second anode resistance switching set voltage V BRS II set or less is applied and the compliance current I c is applied. (930). Similarly, in order to change from the high resistance state 960 of the second anode resistance switching to the low resistance state 980, -0.6 V or less which is equal to or less than the second anode resistance switching set voltage V BRS II set is applied, and the compliance current ( I c ) is applied (930).

다음으로, 전이금속 산화물 박막(130)을 중간저항 상태(970)에서 고저항 상태(950, 960)로 저항 상태를 변화시키는 경우에 대해 살펴본다. 중간저항 상태(970)에서 제1 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(950)로 변화시키기 위해서는, 제1 양극 저항 스위칭 리셋 전압(VBRS Ⅰreset) 이하를 인가한다(910). 중간저항 상태(970)에서 제2 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(960)로 변화시키기 위해서는, 제2 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRS set) 이하를 인가하고, 컴플라이언스 전류(Ic)를 인가한(930) 후, 제2 양극 저항 스위칭 리셋 전압(VBRS reset) 이상을 인가한다(940).Next, a case in which the transition state of the transition metal oxide thin film 130 is changed from the intermediate resistance state 970 to the high resistance states 950 and 960 will be described. In order to change from the intermediate resistance state 970 to the high resistance state 950 of the first positive electrode resistance switching, the first positive electrode resistance switching reset voltage V BRS Ireset or less is applied (910). To change from the intermediate resistance state 970 to the high resistance state 960 of the second positive resistance switching, a second positive resistance switching set voltage V BRS II set or less is applied and the compliance current I c is applied. After operation 930, the second positive electrode resistance switching reset voltage V BRS II reset or more is applied (940).

그리고, 전이금속 산화물 박막(130)을 중간저항 상태(970)에서 저저항 상태(980)로 저항 상태를 변화시키기 위해서는, 제2 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRS Ⅱset) 이하를 인가하고, 컴플라이언스 전류(Ic)를 인가한다(930). In order to change the resistance state of the transition metal oxide thin film 130 from the intermediate resistance state 970 to the low resistance state 980, the second anode resistance switching set voltage V BRS Ⅱset or less is applied, and the compliance current is applied. (I c ) is applied (930).

다음으로, 전이금속 산화물 박막(130)을 저저항 상태(980)에서 고저항 상태(950, 960)로 저항 상태를 변화시키는 경우에 대해 살펴본다. 저저항 상태(980)에서 제1 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(950)로 변화시키기 위해서는, 제1 양극 저항 스위칭 리셋 전압(VBRSⅠreset) 이하를 인가한다(910). 저저항 상태(980)에서 제2 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(960)로 변화시키기 위해서는, 제2 양극 저항 스위칭 리셋 전압(VBRS reset) 이상을 인가한다(940). Next, a case in which the transition metal oxide thin film 130 is changed from the low resistance state 980 to the high resistance states 950 and 960 will be described. To change from the low resistance state 980 to the high resistance state 950 of the first positive electrode resistance switching, the first positive electrode resistance switching reset voltage V BRSI reset or less is applied (910). In order to change from the low resistance state 980 to the high resistance state 960 of the second positive electrode resistance switching, the second positive electrode resistance switching reset voltage V BRS II reset or more is applied (940).

그리고 전이금속 산화물 박막(130)을 저저항 상태(980)에서 중간저항 상 태(970)로 변화시키기 위해서는, 제1 양극 저항 스위칭 리셋 전압(VBRS reset) 이하를 인가한(920) 후, 제1 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRS set) 이상을 인가한다(910).In order to change the transition metal oxide thin film 130 from the low resistance state 980 to the intermediate resistance state 970, after applying the first anode resistance switching reset voltage V BRS I reset or less (920), The first anode resistance switching set voltage V BRS I set or more is applied (910).

상기의 결과를 모두 종합해보면, 전이금속 산화물 박막(130)을 고저항 상태(950, 960)로 변화시키기 위해서는, 현재의 저항 상태와 상관없이 제1 양극 저항 스위칭 리셋 전압(VBRS reset) 이하를 인가하면 된다(920). 고저항 상태(950, 960)가 제1 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(950)와 제2 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(960)가 있으나, 두 고저항 상태(950, 960)의 저항 크기가 거의 동일하므로, 어떠한 상태로 변화시켜도 상관없다. 다만 제1 양극 저항 스위칭의 고저항 상태(950)를 만드는 것이 용이하므로 제1 양극 저항 스위칭 리셋 전압(VBRS reset) 이하를 인가하는(920) 것이다. 그리고 전이금속 산화물 박막(130)을 중간저항 상태(970)로 변화시키기 위해서는, 현재의 저항 상태와 상관없이 제1 양극 저항 스위칭 리셋 전압(VBRS reset) 이하를 인가한(920) 후, 제1 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRS set) 이상을 인가한다(910). 그리고 전이금속 산화물 박막(130)을 저저항 상태(980)로 변화시키기 위해서도, 현재의 저항 상태와 상관없이 제2 양극 저항 스위칭 셋 전압(VBRS Ⅱset) 이하를 인가하고, 컴플라이언스 전류(Ic)를 인가한다(930).Summarizing the above results, in order to change the transition metal oxide thin film 130 into the high resistance states 950 and 960, the first anode resistance switching reset voltage V BRS I reset is lower than the current resistance state. This may be applied (920). The high resistance states 950 and 960 have a high resistance state 950 of the first positive resistance switching and a high resistance state 960 of the second positive resistance switching, but the resistance magnitudes of the two high resistance states 950 and 960 Since it is almost the same, you may change to any state. However, since it is easy to create the high resistance state 950 of the first anode resistance switching, the first anode resistance switching reset voltage V BRS I reset or less is applied (920). In order to change the transition metal oxide thin film 130 to the intermediate resistance state 970, the first anode resistance switching reset voltage V BRS I reset or less is applied 920 regardless of the current resistance state. At least one anode resistance switching set voltage V BRS I set is applied (910). Also, in order to change the transition metal oxide thin film 130 to the low resistance state 980, the second anode resistance switching set voltage V BRS IIset or less is applied regardless of the current resistance state, and the compliance current I c is applied. Apply (930).

다만, 상기의 경우 모두 상술한 바와 같이 도 5의 VURSset에 해당하는 전압인 단극 저항 스위칭의 셋 전압 크기 이상의 범위를 갖는 전압을 인가하면 안 된다. 단극 저항 스위칭의 셋 전압(VURSset) 크기 이상의 범위를 갖는 전압을 인가하게 되면, 그 후에는 단극 저항 스위칭 특성을 나타내게 되고, 양극 저항 스위칭 특성을 나타내지 않게 되므로 이 이상의 전압을 인가해서는 안 된다. 만일 단극 저항 스위칭 셋 전압(VURSset) 크기 이상의 범위를 갖는 전압을 인가하게 되면, 다시 도 1의 VURSreset에 해당하는 단극 저항 스위칭 리셋 전압 이상을 인가하여, 양극 저항 스위칭 특성을 나타내도록 포밍하여야 한다.However, in all of the above cases, a voltage having a range greater than or equal to the set voltage of the single-pole resistance switching, which is a voltage corresponding to V URSset of FIG. 5, should not be applied. If a voltage having a range greater than or equal to the set voltage (V URSset ) of the unipolar resistance switching is applied, the unipolar resistance switching characteristic will not be exhibited after that, and therefore, the voltage above this voltage should not be applied. If a voltage having a range greater than or equal to the monopolar resistance switching set voltage (V URSset ) is applied, the voltage must be formed to exhibit positive polarity resistance switching characteristics by applying the monopolar resistance switching reset voltage corresponding to V URSreset of FIG. 1 again. .

다시 도 8로 돌아가서, 전이금속 산화물 박막(130)의 저항 상태에 따라, 고저항 상태를 "0", 중간저항 상태를 "1", 저저항 상태를 "2"로 할당하여 정보를 기록한다(S740).8, according to the resistance state of the transition metal oxide thin film 130, the information is recorded by assigning the high resistance state to "0", the middle resistance state to "1", and the low resistance state to "2" ( S740).

이상의 설명에서 양의 전압을 인가하여 양극 저항 스위칭을 나타내도록 포밍하고 음의 전압을 인가하여, 양극 저항 스위칭 특성을 나타내도록 만드는 경우에 대해서 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 음의 전압을 인가하는 경우도 극성만 반대로 될 뿐 나머지 과정은 동일하다. In the above description, a case in which the positive voltage is applied to form the positive resistance switching and the negative voltage is applied to the positive resistance switching characteristics are described, but the present invention is not limited thereto. Only the polarity is reversed, but the rest of the process is the same.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

본 발명에 따른 저항변화기록소자의 정보기록방법에 의하면, 양극 저항 스위칭 특성을 이용하여 저항변화기록소자의 구동 전압을 낮춰 전력소모를 줄일 수 있고, 저항 스위칭 시간을 짧게 하여 소자의 속도를 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 데이터 보유 기능 특성이나 많은 스위칭을 할 수 있는 능력도 향상시킬 수 있다. 그리고 컴플라이언스 전류를 인가하여 "0", "1"의 두 개의 상태뿐만 아니라 복수의 상태를 갖는 자기변화기록소자를 구현할 수 있다.According to the information recording method of the resistance change recording device according to the present invention, it is possible to reduce the power consumption by lowering the driving voltage of the resistance change recording device by using the anode resistance switching characteristics, and to improve the speed of the device by shortening the resistance switching time. It becomes possible. In addition, the data retention function characteristics and the ability to switch a lot can be improved. In addition, a magnetic change recording device having a plurality of states as well as two states of “0” and “1” may be implemented by applying a compliance current.

Claims (8)

하부전극, 상기 하부전극 상에 형성된 전이금속 산화물 박막, 상기 전이금속 산화물 박막 상에 형성된 상부전극의 구조를 포함하는 저항변화기록소자의 정보기록방법에 있어서,An information recording method of a resistance change recording element comprising a structure of a lower electrode, a transition metal oxide thin film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the transition metal oxide thin film, 상기 전이금속 산화물 박막에 전압을 인가하여 상기 전이금속 산화물 박막을 양극 저항 스위칭(bipolar resistance switching, BRS) 특성이 나타나도록 양극 저항 스위칭 포밍(forming)하는 단계;Applying a voltage to the transition metal oxide thin film to form a bipolar resistance switching (BRS) characteristic of the transition metal oxide thin film to exhibit bipolar resistance switching (BRS) characteristics; 상기 포밍된 전이금속 산화물 박막에 별도의 전류 인가 없이, 상기 전이금속 산화물 박막의 단극 저항 스위칭(unipolar resistance switching, URS)의 셋(set) 전압의 크기보다 작고, 소프트셋(soft set) 전압의 크기보다 큰 상호 반대되는 극성을 가지는 전압을 각각 인가하여, 상기 전이금속 산화물 박막의 저항을 변화시키는 단계; 및Less than the set voltage of unipolar resistance switching (URS) of the transition metal oxide thin film and the magnitude of the soft set voltage without applying a current to the formed transition metal oxide thin film Varying the resistance of the transition metal oxide thin film by applying a voltage having a greater mutually opposite polarity, respectively; And 상기 전이금속 산화물 박막의 저항 크기에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함하며,And assigning "0" or "1" according to the resistance size of the transition metal oxide thin film. 상기 소프트셋 전압은 상기 전이금속 산화물 박막에 전압을 인가하여 전압 스윕(voltage sweep)할 때, 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 크기의 전압에서 전류의 크기가 불연속적으로 증가하는 전압인 것을 특징으로 하는 저항변화기록소자의 정보기록방법.The softset voltage is a voltage at which the magnitude of current discontinuously increases at a voltage smaller than the set voltage of single-pole resistance switching when voltage sweep is applied to the transition metal oxide thin film. An information recording method of a resistance change recording element. 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성된 전이금속 산화물 박막, 상기 전이금속 산화물 박막 상에 형성된 상부전극의 구조를 포함하는 저항변화기록소자의 정보기록방법에 있어서,An information recording method of a resistance change recording element comprising a structure of a lower electrode, a transition metal oxide thin film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the transition metal oxide thin film, 상기 전이금속 산화물 박막에 전압을 인가하여 상기 전이금속 산화물 박막을 양극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍하는 단계;Applying a voltage to the transition metal oxide thin film to form the transition metal oxide thin film to exhibit an anode resistance switching characteristic; 상기 포밍된 전이금속 산화물 박막에 제1 양극 저항 스위칭의 리셋(reset) 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압을 인가하거나, Applying a voltage to the formed transition metal oxide thin film that is greater than the reset voltage of the first anode resistance switching and less than the set voltage of the unipolar resistance switching, or 제1 양극 저항 스위칭의 리셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압을 인가한 후, 제1 양극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압을 인가하거나, After applying a voltage that is greater than the magnitude of the reset voltage of the first positive resistance switching and less than the magnitude of the set voltage of the monopolar resistance switching, is greater than the magnitude of the set voltage of the first positive resistance switching and less than the magnitude of the set voltage of the monopolar resistance switching. Apply voltage, 제2 양극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압과 전류 크기 증가를 제한하는 컴플라이언스 전류(compliance current)를 인가하여 상기 전이금속 산화물 박막의 저항을 변화시키는 단계; 및Varying the resistance of the transition metal oxide thin film by applying a compliance current that is greater than the set voltage of the second anode resistance switching and less than the set voltage of the unipolar resistance switching and limits the increase in current magnitude. ; And 상기 전이금속 산화물 박막의 저항 크기에 따라 "0", "1" 또는 "2"를 할당하는 단계;를 포함하며,And assigning "0", "1", or "2" according to the resistance of the transition metal oxide thin film. 상기 제1 양극 저항 스위칭은 별도의 전류 인가 없는 상태에서 나타내는 양극 저항 스위칭이고, 상기 제2 양극 저항 스위칭은 전류의 크기 증가를 제한하는 컴플라이언스 전류가 인가된 상태에서 나타내는 양극 저항 스위칭인 것을 특징으로 하는 저항변화기록소자의 정보기록방법.The first anode resistance switching is a cathode resistance switching in a state in which no additional current is applied, and the second anode resistance switching is a cathode resistance switching in a state in which a compliance current for limiting an increase in current is applied. Information recording method of resistance change recording element. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 양극 저항 스위칭 포밍하는 단계는,The anode resistance switching forming step, 상기 전이금속 산화물 박막에 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 단극 저항 스위칭 포밍하는 단계; 및Unipolar resistance switching forming so that the unipolar resistance switching characteristic appears on the transition metal oxide thin film; And 상기 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍된 전이금속 산화물 박막에 단극 저항 스위칭 리셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압 크기보다 작은 전압을 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항변화기록소자의 정보기록방법.And applying a voltage greater than the magnitude of the unipolar resistance switching reset voltage and less than the set voltage of the unipolar resistance switching to the transition metal oxide thin film formed to exhibit the unipolar resistance switching characteristic. How to record information. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 저항을 변화시키는 단계에 인가되는 전압은 펄스 형태의 전압인 것을 특징으로 하는 저항변화기록소자의 정보기록방법.And the voltage applied to the step of changing the resistance is a voltage in the form of a pulse. 하부전극을 형성하는 단계;Forming a lower electrode; 상기 하부전극 상에 전이금속 산화물 박막을 형성하는 단계;Forming a transition metal oxide thin film on the lower electrode; 상기 전이금속 산화물 박막 상에 상부전극을 형성하는 단계;Forming an upper electrode on the transition metal oxide thin film; 상기 전이금속 산화물 박막에 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 단극 저항 스위칭 포밍하는 단계; 및Unipolar resistance switching forming so that the unipolar resistance switching characteristic appears on the transition metal oxide thin film; And 상기 단극 저항 스위칭 특성이 나타나도록 포밍된 전이금속 산화물 박막에 단극 저항 스위칭의 리셋 전압의 크기보다 크고 단극 저항 스위칭의 셋 전압의 크기보다 작은 전압을 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항변화기록소자 제조방법.Applying a voltage to the transition metal oxide thin film formed so that the unipolar resistance switching characteristic is greater than the reset voltage of the unipolar resistance switching and smaller than the set voltage of the unipolar resistance switching. Method of manufacturing recording element. 제5항의 방법으로 제조된 저항변화기록소자.A resistance change recording device manufactured by the method of claim 5. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전이금속 산화물 박막은 TiO2, NiO, HfO2, Al2O3, ZrO2 및 ZnO 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 단일층(single layer) 또는 복합층(multi layer)인 것을 특징으로 하는 저항변화기록소자.The transition metal oxide thin film is a resistance change, characterized in that the single layer (multi-layer) or a multi-layer consisting of one or more selected from TiO 2 , NiO, HfO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 and ZnO. Recording element. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 하부전극 및 상기 하부전극 중 적어도 어느 하나는 Pt, Ru, Ir, Ag, Al 및 TiN 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 저항변화기록소자.And at least one of the lower electrode and the lower electrode is at least one of Pt, Ru, Ir, Ag, Al, and TiN.
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