KR20120074187A - Swithching element operating bidirectionally and memory using the same - Google Patents

Swithching element operating bidirectionally and memory using the same

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KR20120074187A
KR20120074187A KR1020110081841A KR20110081841A KR20120074187A KR 20120074187 A KR20120074187 A KR 20120074187A KR 1020110081841 A KR1020110081841 A KR 1020110081841A KR 20110081841 A KR20110081841 A KR 20110081841A KR 20120074187 A KR20120074187 A KR 20120074187A
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KR1020110081841A
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Inventor
송윤흡
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A switching element and a memory using a same are provided to have high integration and a great on/off ratio by implementing a switching element with a bidirectional driving property through a semiconductor process. CONSTITUTION: A oxide thin film(710) is deposited on a Si substrate(700). An N/P/N structure(720) is formed at etched parts of the oxide thin film. The N/P/N structure includes a first N-type doping layer(723), a second P-type doping layer(725) and a third N-type doping layer(727). The second P-type doping layer is performed a lower doping concentration than the first N-type doping layer and the third N-type doping layer. A P/N/P structure(730) includes a first P-type doping layer(733), a second N-type doping layer(735) and a third P-type doping layer(737).

Description

양방향으로 동작하는 스위칭 소자 및 이러한 스위칭 소자를 사용하는 메모리{SWITHCHING ELEMENT OPERATING BIDIRECTIONALLY AND MEMORY USING THE SAME}Switching elements operating in both directions and memories using these switching elements {SWITHCHING ELEMENT OPERATING BIDIRECTIONALLY AND MEMORY USING THE SAME}

본 발명은 양방향으로 동작하는 스위칭 소자 및 이러한 스위칭 소자를 사용하는 메모리에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 메모리셀에 포함되는 스위칭 소자의 구동 특성에 관한 것이다. The present invention relates to a switching element that operates in both directions, and a memory using the switching element, and more particularly, to the driving characteristics of the switching element included in the memory cell.

소자의 고집적도를 위해 지금까지는 소자의 크기를 줄이는데 많은 연구를 해왔으나, 소자의 고집적도를 위해 소자의 크기를 줄이는 방법은 물리적 한계에 다달았다. 최근에는 소자의 크기 이외의 다른 조건을 변경하여 소자의 집적도를 향상시키고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 주로 연구되고 있는 집적도 향상 기술 중 하나는 하나의 셀에 여러개의 정보를 저장할 수 있도록 소자의 정보 저장 능력을 향상 시키는 기술(Multi Level Cell, MLC)가 있다. MLC는 한 셀(Cell)에 전기적인 동작을 통해 두 개의 상태를 만들어 "0" 과 "1" 만을 저장했던 예전 방식과 달리 한 셀에 전기적인 동작을 통해 네 개의 상태를 만들어 "0", "1", "10", "01" 즉, 4 가지 정보를 한 셀에 저장할 수 있도록 만들어 집적도를 높이는 방식이다. MLC 방법은 각 셀의 특성을 향상시키되 기존의 공정 크기는 변하지 않기 때문에 상당히 효율이 높은 방식이다. Although much research has been conducted to reduce the size of the device for high integration, the method of reducing the size of the device for high integration has reached a physical limit. Recently, researches to improve the degree of integration of devices by changing conditions other than the size of devices have been actively conducted. One of the techniques for improving density, one of the most studied ones, is a technology for improving the information storage capability of a device (Multi Level Cell, MLC) to store multiple information in one cell. MLC creates two states through electrical operation in one cell and saves only "0" and "1", and creates four states through electrical operation in one cell. 1 "," 10 "," 01 ", that is, the four types of information can be stored in one cell to increase the degree of integration. The MLC method is highly efficient because it improves the characteristics of each cell but the existing process size does not change.

두 번째로 Wafer bonding/Die Stacking 방식이다. 이는 기존의 방식대로 각각의 웨이퍼 단위로 공정을 마친 뒤 물리적으로 본딩을 통해 웨이퍼 및 다이를 적층하여 집적도를 높이는 방식이다. 이 방법 역시 기존 공정을 그대로 가져가면서 본딩 기술을 향상시켜 안정적으로 집적도의 증가를 가져올 수 있어 많은 곳에서 응용되고 개발되고 있는 실정이다. Second is wafer bonding / die stacking. This is a method of increasing density by stacking wafers and dies through physical bonding after finishing the process for each wafer unit according to the conventional method. This method is also being applied and developed in many places as it can bring about an existing process as it is and improve the bonding technology to steadily increase the density.

세 번째로는 적층 구조(3D Cell Stacking) 방식으로 적층이 가능한 물질을 이용한 메모리를 공정을 통해 셀들을 층층이 쌓아올리는 방법이다. The third method is to stack cells by layering a memory using a material that can be stacked in a 3D cell stacking method.

적층 구조 방식은 웨이퍼 본딩 방식을 통해 적층하는 방식과 유사한 면이 있지만 웨이퍼 본딩의 경우 적층시 적층수가 많을수록 기판의 전극 패드가 차지하는 면적이 점점 커지게 되어 많은 층을 적층하지 못하는 한계를 가지기 때문에 이러한 한계를 극복할 수 있는 방법으로 많은 연구가 진행되고 있다. The stacking structure method has a similar aspect to the stacking method through wafer bonding method. However, in the case of wafer bonding, the larger the number of stacking layers, the larger the area occupied by the electrode pads of the substrate, and thus, there is a limit in that many layers cannot be stacked. There is a lot of research going on as a way to overcome this problem.

세 가지 방법 중 웨이퍼 본딩 방법은 현재에도 가장 많이 쓰이고 있는 방법이지만 비용 측면에서는 가장 비효율적인 방법이기 때문에 차세대 메모리의 방향으로 MLC(Multi Level Cell) 방법과 3D 적층 구조를 이용해 소자를 집적화하는 방향에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. Of the three methods, the wafer bonding method is the most widely used method at present, but it is the most inefficient method in terms of cost. Therefore, the method of integrating devices using MLC (Multi Level Cell) method and 3D stacked structure in the direction of next-generation memory There is a lot of research going on.

도 1은 크로스 포인트 메모리(Cross Point Memory) 구조를 나타낸 것이다. 1 illustrates a cross point memory structure.

도 1을 참조하면, 가변 저항물질을 이용하는 메모리 소자 유닛 셀(unit cell)(이하 메모리 셀이라고 함.)은 저항 변화 물질인 메모리 소자(100, Memory Element)와 각각의 메모리 소자의 선택을 위한 스위칭 소자(110, Switching Element) 및 메모리 소자(100)와 스위칭 소자(110)을 연결하는 연결부(120)로 구성될 수 있다. DRAM이나 Flash 메모리와 같이 전하를 이용하는 메모리는 스위칭 소자로써 트랜지스터를 사용해야 하지만, RRAM(Resistive RAM)과 같이 저항 변화를 이용하는 메모리 소자의 경우, 각 유닛 셀(unit cell)들을 선택하기 위한 스위칭 소자(110, Switching Element)로 트랜지스터 혹은 다이오드 소자를 사용할 수 있다. 스위칭 소자로 다이오드를 사용하는 경우, 메모리 소자의 유닛 셀 구조가 트랜지스터를 사용 것보다 간단하여 고집적 메모리가 가능할 뿐만 아니라 트랜지스터와 대비하여 높은 전류 밀도 부여가 가능하여 소자 스케일링에 따른 전류 감소를 극복할 수 있다. Referring to FIG. 1, a memory element unit cell (hereinafter, referred to as a memory cell) using a variable resistance material may include a memory element 100, which is a resistance change material, and switching for selection of each memory element. The device 110 may include a switching element and a connection unit 120 connecting the memory element 100 and the switching element 110 to each other. A memory using a charge, such as a DRAM or a flash memory, must use a transistor as a switching device. However, in a memory device using a resistance change such as a resistive RAM (RRAM), a switching device 110 for selecting unit cells is selected. , Switching Element) can use transistor or diode element. In the case of using a diode as a switching element, the unit cell structure of the memory element is simpler than using a transistor, which enables not only a high density memory but also a high current density compared to the transistor, thereby overcoming the current reduction due to device scaling. have.

일반적으로 메모리 소자는 서로 수직으로 교차하는 워드 라인(130, Word Line(WL))과 비트 라인(140, Bit Line(BL)) 도선으로 구성되고, 이러한 워드 라인과 비트 라인이 교차하는 점에 1D(Diode)-1R(Resistor)와 같은 메모리 셀을 배치할 수 있다. 이러한 구조의 메모리를 크로스 포인트 메모리(Cross Point Memory)라고 한다. In general, the memory device is composed of word lines 130 and word lines crossing each other perpendicularly to each other, and bit lines 140 and 1D at the point where the word lines and the bit lines cross each other. Memory cells such as (Diode) -1R (Resistor) may be disposed. This structure of memory is referred to as cross point memory.

차세대 메모리 소자가 요구하는 소자 직접도를 구현하기 위해서는 메모리셀을 수평 방향으로 스케일링해야 할 뿐만 아니라 3차원 적층(stack)한 메모리 구조를 사용하는 것이 효과적이다. RRAM과 같은 저항변화 메모리 소자와 다이오드를 스위칭 소자로 사용하여 수직으로 적층하여 구현한 3차원 적층 메모리 구조는 소자 구현이 용이하여 메모리 집적도를 극대화할 수 있다. 하지만 3차원 적층 메모리 구조에서 스위칭 소자로 사용되는 다이오드의 경우 일반적인 Si 기판의 고온 공정을 사용하는 p/n junction diode는 사용할 수 없다. 또한 다이오드를 메모리 셀의 스위칭 소자로 사용할 경우 양방향 구동 특성을 얻을 수 없다.In order to realize the device directness required by the next-generation memory device, it is effective not only to scale the memory cells horizontally, but also to use a three-dimensional stacked memory structure. A three-dimensional stacked memory structure, which is formed by vertically stacking a resistive change memory device such as an RRAM and a diode as a switching device, can be easily implemented to maximize memory integration. However, in the case of a diode used as a switching element in a 3D stacked memory structure, a p / n junction diode using a high temperature process of a general Si substrate cannot be used. In addition, when the diode is used as the switching element of the memory cell, bidirectional driving characteristics cannot be obtained.

메모리 소자의 셀 사이즈를 감소시키기 위해서는 메모리 셀에 포함된 스위칭 소자의 크기를 감소시키는 것이 필수적이다. 하지만, 기존의 메모리들은 스위칭 소자로 단결정 실리콘 트랜지스터를 이용하기 때문에 적층을 할 수 없는 한계를 가지고 있어 다이오드와 같은 구조를 사용하여 메모리 셀의 사이즈를 감소시켰다. 현재 STT-MRAM(Spin-Tranfer Torque Magnetic Random Access Memory)과 같은 저항성 메모리 소자를 사용하는 메모리에서 사용되는 스위칭 소자는 구동 특성상 양방향으로 전류를 흘릴 수 있어야한다. 하지만, 기존의 메모리에서 스위칭 소자로 사용된 Si 또는 Poly-Si 기판에 설치된 P/N 다이오드는 단방향 구동 특성으로 인해서 STT-MRAM과 같은 양방향 구동 특성을 가져야하는 메모리에는 사용될 수 없다. 기존의 RRAM(Resistance Random Access Memory) 및 PoRAM(Polymer RAM) 등에서는 TiO 등 Metal Oxide 계열의 다이오드가 양방향 구동 특성을 위해 사용되고 있으나, Metal Oxide 계열의 다이오드는 기본적으로 고온 공정으로 인해 하부층이 손상되어 반도체 공정으로 구현 가능성(Feasibility)이 취약해 실제로 제품 생산은 어려운 점이 있다. In order to reduce the cell size of the memory device, it is essential to reduce the size of the switching device included in the memory cell. However, conventional memories have a limitation in that they cannot be stacked because they use a single crystal silicon transistor as a switching element, so that the size of the memory cell is reduced by using a diode-like structure. Currently, switching devices used in a memory that uses a resistive memory device such as STT-MRAM (Spin-Tranfer Torque Magnetic Random Access Memory) should be able to flow current in both directions due to driving characteristics. However, P / N diodes installed on Si or Poly-Si substrates used as switching elements in conventional memories cannot be used in memories that must have bidirectional driving characteristics such as STT-MRAM due to the unidirectional driving characteristics. In the conventional Random Random Memory (RRAM) and Polymer RAM (PoRAM), metal oxide-based diodes such as TiO are used for bidirectional driving characteristics.However, metal oxide-based diodes are damaged due to high-temperature processes, resulting in damage to underlying layers. Due to the weak feasibility of the process, product production is difficult.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 소자의 집적도 향상을 위한 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자를 구현하는 것이다.Accordingly, a first object of the present invention is to implement a switching device having a bidirectional driving characteristic for improving the degree of integration of the device.

또한, 본 발명의 제2 목적은 소자의 집적도 향상을 위한 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자를 사용하는 메모리를 구현하는 것이다.In addition, a second object of the present invention is to implement a memory using a switching device having a bi-directional drive characteristic for improving the integration of the device.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자는 반도체 기판상에 제1 타입의 불순물로 도핑된 제1 도핑층, 상기 제1 도핑층에 적층되도록 제2 타입의 불순물-상기 제2 타입의 불순물은 상기 제1 타입의 불순물과 상이함-로 도핑된 제2 도핑층, 상기 제2 도핑층에 적층되도록 상기 제1 타입의 불순물로 도핑된 제3 도핑층을 포함하되, 상기 제1 도핑층 및 상기 제3 도핑층의 도핑 농도가 상기 제2 도핑층의 농도보다 높은 도핑 농도를 가질 수 있다. 상기 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자는 상기 제1 타입의 불순물은 N 타입 불순물이고, 상기 제2 타입의 불순물은 P 타입 불순물일 수 있다. 상기 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자는 상기 제1 타입의 불순물은 P 타입 불순물이고, 상기 제2 타입의 불순물은 N 타입 불순물일 수 있다. 상기 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자는 상기 제1 도핑층 및 상기 제3 도핑층의 도핑 농도 중 적어도 하나의 도핑층의 농도가 다른 하나의 도핑층의 농도보다 높은 도핑 농도를 가질 수 있다. 상기 제1 도핑층, 상기 제2 도핑층 및 상기 제3 도핑층은 4족 원소 기반의 반도체 기판에 도핑되어 형성될 수 있다. 상기 4족 원소 기반의 반도체 기판은 Silicon, Poly-Silicon, Ge, SiGe 및 GaAs 중 적어도 하나로 제작된 반도체 기판일 수 있다. A switching device having a bidirectional driving characteristic according to an aspect of the present invention for achieving the first object of the present invention described above in the first doped layer, the first doped layer doped with a first type of impurities on a semiconductor substrate A second doped layer doped with a second type of impurity to be stacked, wherein the second type of impurity is different from the first type of impurity, and doped with the first type of impurity to be deposited on the second doped layer Including a third doped layer, the doping concentration of the first doped layer and the third doped layer may have a higher doping concentration than the concentration of the second doped layer. In the switching device having the bidirectional driving characteristic, the first type of impurities may be N type impurities, and the second type of impurities may be P type impurities. In the switching device having the bidirectional driving characteristic, the first type of impurities may be P type impurities, and the second type of impurities may be N type impurities. The switching element having the bidirectional driving characteristic may have a doping concentration higher than that of the other doping layer among at least one of the doping concentrations of the first and third doping layers. The first doped layer, the second doped layer and the third doped layer may be formed by being doped into a group 4 element-based semiconductor substrate. The Group 4 element-based semiconductor substrate may be a semiconductor substrate made of at least one of Silicon, Poly-Silicon, Ge, SiGe, and GaAs.

또한 상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는 반도체 기판상에 제1 타입의 불순물로 도핑된 제1 도핑층, 상기 제1 도핑층에 적층되도록 제2 타입의 불순물-상기 제2 타입의 불순물은 상기 제1 타입의 불순물과 상이함-로 도핑된 제2 도핑층 및 상기 제2 도핑층에 적층되도록 상기 제1 타입의 불순물로 도핑된 제3 도핑층으로 이루어진 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자 및 상기 제3 도핑층과 도전성 연결 구조를 통하여 연결된 저항성 메모리 소자를 가지는 메모리 셀을 포함하되 상기 제1 도핑층 및 상기 제3 도핑층의 도핑 농도가 상기 제2 도핑층의 농도보다 높은 도핑 농도를 가질 수 있다. 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는 상기 제1 타입의 불순물은 N 타입 불순물이고, 상기 제2 타입의 불순물은 P 타입 불순물일 수 있다. 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는 상기 제1 타입의 불순물은 P 타입 불순물이고, 상기 제2 타입의 불순물은 N 타입 불순물일 수 있다. 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는 상기 제1 도핑층 및 상기 제3 도핑층의 도핑 농도의 차이가 소정값 이하일 수 있다. 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는 상기 제1 도핑층 및 상기 제3 도핑층의 도핑 농도 중 적어도 하나의 도핑층의 농도가 다른 하나의 도핑층의 농도보다 높은 도핑 농도를 가질 수 있다. 상기 제1 도핑층, 상기 제2 도핑층 및 상기 제3 도핑층은 4족 원소 기반의 반도체 기판에 도핑되어 형성될 수 있다. 상기 4족 원소 기반의 반도체 기판은 Silicon, Poly-Silicon, Ge, SiGe 및 GaAs 중 적어도 하나로 제작된 반도체 기판일 수 있다. 상기 저항성 메모리 소자는 MTJ(Magetic Tunneling Junction)이고 상기 MTJ에 포함된 가변 강자성층의 자화 방향 변화를 이용해서 데이터를 읽고 쓸 수 있다. 상기 저항성 메모리 소자는 MTJ(Magetic Tunneling Junction), RRAM(Resistive RAM) 메모리 소자, PRAM(Phase-Change RAM) 메모리 소자 및 PoRAM(Polymer RAM) 메모리 소자 중 하나를 포함할 수 있다. 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는 적어도 하나의 워드라인 및 적어도 하나의 비트라인을 포함하고 상기 스위칭 소자 및 상기 저항성 메모리 소자를 포함하는 메모리 셀은 동일한 비트라인을 공유하되 상이한 워드라인을 가지거나, 동일한 워드라인을 공유하되 상이한 비트라인을 가지면서 배열될 수 있다. 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는 상기 스위칭 소자의 일단은 상기 비트라인에 연결되고 상기 저항성 메모리 소자의 일단은 워드라인에 연결될 수 있다.In addition, a memory having a bidirectional driving characteristic according to an aspect of the present invention for achieving the above-described second object of the present invention comprises a first doped layer doped with a first type of impurity on the semiconductor substrate, the first doped layer A doped second type of dopant with a second type of impurity to be stacked, wherein the second type of impurity is different from the first type of impurity and doped with an impurity of the first type to be deposited on the second doped layer A memory cell having a switching element having a bidirectional driving characteristic comprising a third doped layer, and a resistive memory element connected to the third doped layer through a conductive connection structure, wherein doping concentrations of the first and third doped layers are included. May have a higher doping concentration than that of the second doped layer. In the memory having the bidirectional driving characteristic, the first type of impurities may be N type impurities, and the second type of impurities may be P type impurities. In the memory having the bidirectional driving characteristic, the first type of impurities may be P type impurities, and the second type of impurities may be N type impurities. In the memory having the bidirectional driving characteristic, a difference in doping concentration between the first doped layer and the third doped layer may be equal to or less than a predetermined value. The memory having the bidirectional driving characteristic may have a doping concentration of at least one of the doping concentrations of the first and third doping layers higher than that of the other doping layer. The first doped layer, the second doped layer and the third doped layer may be formed by being doped into a group 4 element-based semiconductor substrate. The Group 4 element-based semiconductor substrate may be a semiconductor substrate made of at least one of Silicon, Poly-Silicon, Ge, SiGe, and GaAs. The resistive memory device is a MTJ (Magetic Tunneling Junction) and can read and write data using a change in the magnetization direction of the variable ferromagnetic layer included in the MTJ. The resistive memory device may include one of a magnetic tunneling junction (MTJ), a resistive RAM (RRAM) memory device, a phase-change RAM (PRAM) memory device, and a polymer RAM (PoRAM) memory device. The memory having the bidirectional driving characteristic includes at least one word line and at least one bit line, and memory cells including the switching element and the resistive memory element share the same bit line but have different word lines, or The word lines may be shared but arranged with different bit lines. In the memory having the bidirectional driving characteristic, one end of the switching element may be connected to the bit line, and one end of the resistive memory element may be connected to a word line.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 양방향으로 동작하는 스위칭 소자 및 이러한 스위칭 소자를 사용하는 메모리에 따르면, 사이즈가 적으면서도 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자를 반도체 공정을 이용해 구현함으로써 높은 집적도 및 우수한 On/Off Ratio 특성을 가지는 메모리를 제공할 수 있다.As described above, according to the switching device operating in both directions and the memory using the switching device according to the embodiment of the present invention, a high integration and excellent by implementing a switching device having a small size and bidirectional driving characteristics using a semiconductor process A memory having On / Off Ratio characteristics may be provided.

도 1은 크로스 포인트 메모리(Cross Point Memory) 구조를 나타낸 것이다.
도 2은 MJT(Magnetic Tunneling Junction)를 메모리 소자로 사용하고 선택용 소자로 다이오드 구조를 사용한 MRAM 메모리 셀을 나타낸 개념도이다.
도 3은 저항성 메모리 소자 중 하나인 MTJ(Magnetic Tunneling Junction) 의 스핀 전달 토크 현상을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동 특성을 가지는 STT-MRAM의 양방향 구동 특성을 나타낸 개념도 및 그래프이다.
도 5는 STT-MRAM에 포함된 MTJ의 양방향 구동 특성을 전류와 저항 사이의 관계로 나타낸 그래프이다.
도 6은 저항성 메모리 소자 중 하나인 RRAM의 동작 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동을 위한 스위칭 소자를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동 특성을 가지는 N/P/N 구조를 스위칭 소자로 사용한 STT-MRAM을 제작하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동 특성을 가진 스위칭 소자의 양방향 구동 및 읽기 특성을 보여주는 I-V 특성 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동 특성을 가진 스위칭 소자의 양방향 구동 및 읽기 특성을 보여주는 I-V 특성 그래프이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 N/P/N 구조에 바이어스를 인가한 경우의 접합 개념 및 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 STT-MRAM 어레이를 나타낸 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 RRAM 어레이를 나타낸 개념도이다.
1 illustrates a cross point memory structure.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an MRAM memory cell using a magnetic tunneling junction (MJT) as a memory device and a diode structure as a selection device.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a spin transmission torque phenomenon of a magnetic tunneling junction (MTJ), which is one of resistive memory devices.
4 is a conceptual diagram and graph illustrating bidirectional driving characteristics of an STT-MRAM having bidirectional driving characteristics according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the bidirectional driving characteristics of the MTJ included in the STT-MRAM as a relationship between current and resistance.
6 is a graph illustrating an operating characteristic of an RRAM, which is one of resistive memory devices.
7 is a conceptual diagram illustrating a switching device for bidirectional driving according to an embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating a process of fabricating an STT-MRAM using an N / P / N structure having bidirectional driving characteristics as a switching device according to an embodiment of the present invention.
9 is an IV characteristic graph showing bidirectional driving and reading characteristics of a switching device having bidirectional driving characteristics according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an IV characteristic graph showing bidirectional driving and reading characteristics of a switching device having bidirectional driving characteristics according to an embodiment of the present invention.
11 to 13 are diagrams illustrating a bonding concept and a band diagram when a bias is applied to an N / P / N structure according to an embodiment of the present invention.
14 is a conceptual diagram illustrating an STT-MRAM array according to an embodiment of the present invention.
15 is a conceptual diagram illustrating an RRAM array according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.

이하, 본 발명의 일실시예에서는 설명의 편의상 메모리로 STT-MRAM(Spin-Tranfer Torque Magnetic Random Access Memory) 및 RRAM(Resistive RAM)을 예를 들어 설명하지만, 본 발명에서 개시되는 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자는 저항성 메모리 소자를 사용하는 다른 종류의 메모리인 PRAM(Phase-Change RAM), PoRAM(Polymer RAM) 등에 사용될 수 있고 이러한 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자를 사용하는 메모리 또한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.Hereinafter, in an embodiment of the present invention, for convenience of description, STT-MRAM (Spin-Tranfer Torque Magnetic Random Access Memory) and RRAM (Resistive RAM) will be described as examples, but the bidirectional driving characteristics disclosed herein will be described. The switching element may be used in other types of memory using a resistive memory element, such as PRAM (Phase-Change RAM), PoRAM (Polymer RAM), and the like. A memory using a switching element having such a bidirectional driving characteristic is also within the scope of the present invention. Included.

또한 이하 본 발명의 실시예에 따르면 가변 저항물질을 이용하는 메모리 소자 유닛 셀(unit cell)(이하 메모리 셀이라고 함.)은 저항 변화 물질인 메모리 소자(Memory Element)와 각각의 메모리 소자의 선택을 위한 스위칭 소자(Switching Element)를 포함하는 구조를 가진다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a memory element unit cell (hereinafter, referred to as a memory cell) using a variable resistance material may be a memory element that is a resistance change material and a memory element. It has a structure including a switching element.

도 2은 MJT(Magnetic Tunneling Junction)를 메모리 소자로 사용하고 선택용 소자로 다이오드 구조를 사용한 MRAM 메모리 셀을 나타낸 개념도이다. FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an MRAM memory cell using a magnetic tunneling junction (MJT) as a memory device and a diode structure as a selection device.

기존의 MRAM(Magnetic Random Access Memory)의 경우 스위칭 소자로 트랜지스터를 사용하였으나, 도 2에 개시된 MRAM은 선택용 소자로 다이오드 구조를 사용함으로써 선택용 소자로 트랜지스터를 사용한 기존의 MRAM에 비해 메모리 셀 사이즈가 축소될 수 있다.In the conventional magnetic random access memory (MRAM), a transistor is used as a switching element. However, the MRAM disclosed in FIG. 2 uses a diode structure as a selection element, and thus a memory cell size is larger than that of a conventional MRAM using a transistor as a selection element. Can be reduced.

도 2를 참조하면 MRAM은 PN 다이오드의 P형 불순물 영역(210)의 상부에 MTJ(200)를 적층한 구조로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 2, the MRAM may be implemented in a structure in which the MTJ 200 is stacked on the P-type impurity region 210 of the PN diode.

MRAM은 반도체 기판(230)에 N+영역(220)을 도핑하고, N+영역(220)의 라인 위에 P형 불순물 영역(210)을 도핑하여 P-N다이오드를 형성한다. 그리고, P형 불순물 영역(210)의 상부에는 배리어 도전층(215)이 적층되고, 배리어 도전층(215) 상부에 고정 강자성층(201), 터널 접합층(203), 가변 강자성층(205)으로 이루어진 MTJ(200)가 적층되며, MTJ(200) 상부에 워드라인(207)이 형성될 수 있다.The MRAM dopes the N + region 220 to the semiconductor substrate 230 and forms the P-N diode by doping the P-type impurity region 210 on the line of the N + region 220. The barrier conductive layer 215 is stacked on the P-type impurity region 210, and the fixed ferromagnetic layer 201, the tunnel junction layer 203, and the variable ferromagnetic layer 205 are disposed on the barrier conductive layer 215. The MTJ 200 may be stacked, and a word line 207 may be formed on the MTJ 200.

도 2의 상단은 고정 강자성층(201)과 가변 강자성층(205)의 자화 방향이 같은 경우의 MRAM의 동작을 나타낸 것이고, 도 2의 하단은 고정 강자성층(201)과 가변 강자성층(205)의 자화 방향이 다른 경우의 MRAM의 동작을 나타낸 것이다.2 shows the operation of the MRAM when the magnetization directions of the fixed ferromagnetic layer 201 and the variable ferromagnetic layer 205 are the same, and the lower end of FIG. 2 shows the fixed ferromagnetic layer 201 and the variable ferromagnetic layer 205. This shows the operation of the MRAM when the magnetization directions are different.

MRAM셀은 MTJ(200)의 가변 강자성층(205)의 자화 방향에 따라 로직 "1" 또는 로직 "0"의 데이터를 기억할 수 있다. 도 2의 상단에 나타난 개념도는 로직 "1"을 기억하는 자화상태를 나타낸 것이고, 도 2의 하단에 나타난 개념도는 로직 "0"을 기억하는 자화 상태를 나타낸 것이다.The MRAM cell may store data of logic "1" or logic "0" according to the magnetization direction of the variable ferromagnetic layer 205 of the MTJ 200. The conceptual diagram shown at the top of FIG. 2 shows a magnetization state that stores logic "1", and the conceptual diagram shown at the bottom of FIG. 2 shows a magnetization state that stores logic "0".

MRAM의 쓰기(Write) 동작은 PN 다이오드에 일정한 트리거 전압이 인가된 상태에서 워드라인(207)을 통하여 라이트(Write) 전류를 생성하기 위한 일정 레벨의 전압이 인가됨으로써 수행된다. 이때, 워드라인(207)에 인가되는 전압의 레벨에 따른 라이트 전류의 극성에 따라서 MTJ(200)의 가변 강자성층(205)의 자화 극성이 결정된다. 워드라인(10)에 공급되는 전류의 극성에 따라서 도 2 상단 및 하단 구조를 갖는 MRAM 셀은 각각 논리 "1"과 논리 "0"을 저장할 수 있다.The write operation of the MRAM is performed by applying a voltage of a predetermined level for generating a write current through the word line 207 while a constant trigger voltage is applied to the PN diode. In this case, the magnetization polarity of the variable ferromagnetic layer 205 of the MTJ 200 is determined according to the polarity of the write current according to the level of the voltage applied to the word line 207. According to the polarity of the current supplied to the word line 10, the MRAM cells having the upper and lower structures of FIG. 2 may store logic “1” and logic “0”, respectively.

MRAM 셀의 리드(Read) 동작은 MTJ(200)의 가변 강자성층(205)의 자화 극성 방향에 따라서 조절되는 전류의 양을 센싱함으로써 이루어진다. 구체적으로, 워드라인(207)과 PN 다이오드 사이에 흐르는 전류 I1은 MTJ(200)의 자화 극성 방향에 따라 그 양이 달라지며, 그에 따라서 MRAM 셀에서 센싱되는 전류의 양이 달라진다. 즉, 워드라인(207)에 일정한 트리거 전압이 인가되고, PN다이오드로 일정한 센싱 전압이 인가되면, MTJ(200)에 터널링 전류 I1이 흐른다. 이때 고정 강자성층(201)과 가변 강자성층(205)의 자화 극성 방향이 도 2의 상단과 같이 동일한 방향인 경우, 전류 I1 양이 크고, 고정 강자성층(201)과 가변 강자성층(205)의 자화 극성 방향이 도 2의 하단과 같이 반대이면 전류 I1 양이 적다. MRAM 셀에 흐르는 전류의 양의 많고 적음을 감지하여 가변 강자성층(205)의 자화 방향이 감지되고, 저장된 정보가 센싱될 수 있다.The read operation of the MRAM cell is performed by sensing the amount of current adjusted according to the magnetization polarity direction of the variable ferromagnetic layer 205 of the MTJ 200. Specifically, the amount of current I1 flowing between the word line 207 and the PN diode varies depending on the magnetization polarity direction of the MTJ 200, and thus the amount of current sensed in the MRAM cell varies. That is, when a constant trigger voltage is applied to the word line 207 and a constant sensing voltage is applied to the PN diode, the tunneling current I1 flows to the MTJ 200. At this time, when the magnetization polarity directions of the fixed ferromagnetic layer 201 and the variable ferromagnetic layer 205 are in the same direction as in the upper end of FIG. 2, the amount of current I1 is large, and the fixed ferromagnetic layer 201 and the variable ferromagnetic layer 205 are separated. If the magnetization polarity direction is reversed as in the bottom of FIG. 2, the amount of current I1 is small. The magnetization direction of the variable ferromagnetic layer 205 may be sensed by sensing a large amount and a small amount of current flowing in the MRAM cell, and the stored information may be sensed.

도 2를 참조하면, 스위칭 소자로써 다이오드가 Si 반도체 기판을 기반으로 구현되고 다이오드의 상부에 MJT와 같은 저항성 메모리 소자가 연결되어 있는 구조를 볼 수 있다. 기존의 MRAM 메모리 소자는 외부에서 자장을 인가하여 가변 강자성층(205)의 자화 방향을 전환하여 자화 방향의 전환에 따른 전류 변화를 이용하였다.Referring to FIG. 2, as a switching device, a diode is implemented based on a Si semiconductor substrate and a resistive memory device such as MJT is connected to an upper portion of the diode. In the conventional MRAM memory device, a magnetic field is applied from the outside to change the magnetization direction of the variable ferromagnetic layer 205 to use a current change according to the change of the magnetization direction.

STT-MRAM의 경우 MRAM과 달리 전달 토크 방식(Spin-Tranfer Torque, STT) 현상을 이용하여 직접적으로 저항성 메모리 소자인 MTJ 소자에 전류를 흘려 가변 강자성층의 자화 방향을 전환하는 방법이 사용되고 있다. 직접적인 자화 방향 전환 방식을 사용하는 STT-MRAM은 우수한 사이클링 특성 및 고속 읽기 특성 등으로 차세대 DRAM을 대체할 수 있는 메모리로 활용될 수 있다. 특히, 수직형 STT-MRAM은 셀 사이즈 감소에 따른 전류 밀도 감소 현상도 동시에 감소함으로써 스케일러빌러티(Scalability) 측면에서도 유리하여 차세대 DRAM 대체 소자로 주목 받고 있다. In the case of STT-MRAM, unlike the MRAM, a method of directly changing the magnetization direction of the variable ferromagnetic layer by applying a current to the MTJ element, which is a resistive memory element, is directly transferred using a spin-transfer torque (STT) phenomenon. Using direct magnetization redirection, STT-MRAM can be used as a memory to replace the next generation DRAM because of its excellent cycling characteristics and high-speed read characteristics. In particular, the vertical STT-MRAM is also attracting attention as a next-generation DRAM replacement device because it reduces the current density decrease due to the decrease in cell size, which is advantageous in terms of scalability.

스핀 전달 토크 방식을 사용하는 STT-MRAM을 구현하기 위해서는 스위칭 소자로써 양방향 구동 특성을 가진 소자를 사용해야 하기 때문에 도 2에 개시된 MRAM의 스위칭 소자인 Si 또는 Poly-Si 기판에 설치된 P/N 다이오드는 단방향 구동 특성으로 인해 사용될 수 없다.In order to implement the STT-MRAM using the spin transfer torque method, a device having bidirectional driving characteristics must be used as the switching element. Therefore, the P / N diode installed in the Si or Poly-Si substrate, which is the switching element of the MRAM shown in FIG. It cannot be used because of its driving characteristics.

기존의 RRAM(Resistance Random Access Memory) 및 PoRAM(Polymer RAM) 등에서는 TiO 등 Metal Oxide 계열의 다이오드가 양방향 구동 특성을 위해 사용되고 있으나, Metal Oxide 계열의 다이오드는 기본적으로 고온 공정으로 인해 반도체 공정시 하부층이 손상되어 반도체 공정으로 구현 가능성(Feasibility)이 취약해 실제로 제품 생산은 어려운 점이 있다. In conventional RRAM (Resistance Random Access Memory) and PoRAM (Polymer RAM), metal oxide-based diodes such as TiO are used for bidirectional driving characteristics.However, metal oxide-based diodes have a lower layer during semiconductor processing due to high temperature processes. Due to the damage and weakness of feasibility in the semiconductor process, the production of the product is difficult.

도 3은 저항성 메모리 소자 중 하나인 MTJ(Magnetic Tunneling Junction) 의 스핀 전달 토크 현상을 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a spin transmission torque phenomenon of a magnetic tunneling junction (MTJ), which is one of resistive memory devices.

도 3의 상단을 참조하면, 전도 전자의 스핀은 전류가 비자성 금속(Nonmagnetic Metal, NM)과 자성 금속(Ferromagnetic Metal, FM)으로 이루어진 NM/FM/NM 구조를 통해 흐르면서 여과된다, 전자는 비자성 금속과 자성 금속의 경계면에서의 반사 확률이 스핀 방향에 의존하고 이러한 현상을 스핀 여과(Spin-Filtering)라고 한다. 스핀 여과의 결과로서 전도 전자의 스핀 방향은 FM의 자화 방향으로 정렬된다. Referring to the top of FIG. 3, the spin of the conduction electrons is filtered while current flows through the NM / FM / NM structure composed of nonmagnetic metal (NM) and magnetic metal (FM). The probability of reflection at the interface between the magnetic and magnetic metals depends on the spin direction and this phenomenon is called spin-filtering. As a result of spin filtration, the spin direction of the conduction electrons is aligned with the magnetization direction of FM.

도 3의 하단을 참조하면, NM/FM1/NM/FM2/NM으로 이루어진 스핀 밸브 구조에서 FM1에 의해 여과된 스핀의 흐름, 즉 스핀 분극 전류(Spin-polarized current)는 FM1에 비평행한(Non-Collinear) 자화를 가진 FM2에 의해 다시 한번 여과된다. 두 번째 스핀 여과 과정에서 전도 전자의 스핀 방향은 FM2의 자화 방향에 따라 정렬된다. 스핀 각운동량은 항상 보존 되어야 하기 때문에 전도 전자의 스핀 각운동량의 변화량이 FM2의 자화에 전달되면서 돌림힘(Torque), 즉, 스핀 전달 토크를 가하게 된다. Referring to the bottom of FIG. 3, in the spin valve structure consisting of NM / FM1 / NM / FM2 / NM, the flow of spin filtered by FM1, that is, the spin-polarized current, is non-parallel to FM1. Collinear) Once again filtered by FM2 with magnetization. In the second spin filtration process, the spin direction of the conduction electrons is aligned with the magnetization direction of FM2. Since the spin angular momentum must always be preserved, the amount of change in the spin angular momentum of the conduction electrons is transmitted to the magnetization of the FM2, thereby applying a torque, that is, a spin transfer torque.

스핀 전달 토크는 전류유도 자화거동의 여러 가지 유형들, 이를테면, 자화 반전(Reversal), 자화 세차(Precession) 운동, 그리고 자구벽(Domain Wall) 운동을 가능하게 한다. Spin transfer torque enables several types of current-induced magnetization behavior, such as magnetization reversal, magnetization precession motion, and domain wall motion.

전류구동 자화반전 방식은 현재 자기 메모리(Magnetic Random Access Memory, MRAM)의 새로운 기록 방식으로 사용될 수 있다. 스핀 전달 토크가 제안되기 이전에는 외부에서 자기장만을 인가하여 자화 방향을 반전시키는 방법(Field-induced Magnetization Switching, FIMS)이 MRAM의 기록방식으로 채용되어 왔다. 그러나 고집적 MRAM으로 가기 위해서는 지속적으로 자기셀(Magnetic Cell)의 크기를 줄여가게 되는데 기존의 FIMS에서는 자기 단위 크기의 감소에 따라 필요한 기록 전류가 지속적으로 증가한다는 결정적인 문제가 있었다. 스핀 전달 토크를 새로운 기록 방식으로 채용한 STT-MRAM의 경우, 그 원리상 자기셀 크기의 감소에 따라 기록 전류의 크기도 함께 감소하는 특성을 보이기 때문에 고밀도 메모리용으로 활용가능하다. The current-driven magnetization inversion scheme can now be used as a new recording scheme for magnetic random access memory (MRAM). Before the spin transfer torque was proposed, a field-induced magnetization switching (FIMS) method of inverting the magnetization direction by applying only a magnetic field from the outside has been adopted as a recording method of MRAM. However, in order to go to the highly integrated MRAM, the size of the magnetic cell is continuously reduced. In the conventional FIMS, there is a critical problem that the required write current is continuously increased as the size of the magnetic unit decreases. In the case of STT-MRAM adopting the spin transfer torque as a new recording method, the size of the write current also decreases with the decrease of the magnetic cell size, and thus can be used for high density memory.

STT-MRAM은 기존의 MRAM 기술과 같은 읽기 방식을 사용하는 반면에 기록 방식으로써 자기장을 인가하는 방식을 대신하는 전류구동 자화반전을 새로운 기록 방식으로 채택한다. Macrospin 개념을 기반으로 하는 스핀 전달 토크 이론은 아래의 수학식 1을 이용하여 전류구동 자화반전을 위한 반전전류(

Figure pat00001
)를 예측한다. STT-MRAM uses the same read method as the conventional MRAM technology, while adopting a current-driven magnetization reversal as a writing method, instead of applying a magnetic field. The spin transfer torque theory based on the Macrospin concept is based on the following equation (1).
Figure pat00001
Predict

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
는 고유 감쇠 상수,
Figure pat00004
는 스핀 분극화 인자,
Figure pat00005
는 포화 자화량,
Figure pat00006
는 자기 단위 부피,
Figure pat00007
는 이방성 자기장을 의미한다.
Figure pat00003
Is the intrinsic damping constant,
Figure pat00004
Is the spin polarization factor,
Figure pat00005
Is the saturation magnetization,
Figure pat00006
Is the magnetic unit volume,
Figure pat00007
Means anisotropic magnetic field.

반전 전류가 자기셀의 부피에 비례하기 때문에 전류구동 자화반전 방식은 STT-MRAM에 스케이러블(Scalabel)한 기록 방식을 제공한다. 또한 전류구동 자화반전 방식을 사용할 경우, 자기장구동 자화반전을 기반으로 하는 기존 MRAM이 가진 기록 선택 감도(Write Selectivity)의 문제를 해결해준다. Since the inversion current is proportional to the volume of the magnetic cell, the current-driven magnetization inversion scheme provides a scrambling writing method to the STT-MRAM. In addition, the current-driven magnetization inversion scheme solves the problem of write selectivity of the existing MRAM based on the magnetic field-driven magnetization inversion.

자기장구동 자화반전에서는 두 개의 직교 전류 라인을 이용하여 두 개의 라인의 교차점에 위치한 셀이 직교한 두 라인에 동시에 걸리는 전류에 의해 자화반전되도록 선택된다. 교차점에 위치한 선택된 한 개의 셀을 제외하고 각각의 전류라인에 위치한 셀들은 필연적으로 반(Half)-선택된다. 각각의 반(Half)-선택된 셀들에 걸리는 기록 전류의 분포가 매우 좁지 않으면, 의도하지 않은 자화 반전이 일어날 수 있으며, 이는 곧 메모리 오작동에 직결된다. In the magnetic field driving magnetization inversion, a cell located at the intersection of two lines using two orthogonal current lines is selected to be magnetized inversion by a current simultaneously applied to two orthogonal lines. The cells located in each current line are necessarily half-selected except one selected cell located at the intersection. If the distribution of write current across each half-selected cells is not very narrow, unintended magnetization reversal may occur, which is directly linked to memory malfunction.

그러나 전류구동 자화반전에서는 전류가 오직 선택된 셀을 통해서만 흐르기 때문에 반-선택된 셀이 없고 따라서, 선택 감도 문제와 관련된 기록 에러가 일어나지 않아 기존의 자기장 구동 자화반전을 이용한 방식보다 향상된 성능을 가진다.However, in the current driven magnetization inversion, since the current flows only through the selected cell, there is no semi-selected cell, and thus, there is no writing error related to the selection sensitivity problem, thereby improving performance over the conventional magnetic field driving magnetization inversion method.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동 특성을 가지는 STT-MRAM의 양방향 구동 특성을 나타낸 개념도 및 그래프이다. 4 is a conceptual diagram and graph illustrating bidirectional driving characteristics of an STT-MRAM having bidirectional driving characteristics according to an embodiment of the present invention.

도 4에는 가변 강자성층(400), 터널 접합층(410), 고정 강자성층(420)을 포함하는 MTJ(Magnetic Tunneling Junction) 구조가 나타나있다.4 illustrates a magnetic tunneling junction (MTJ) structure including a variable ferromagnetic layer 400, a tunnel junction layer 410, and a fixed ferromagnetic layer 420.

도 4를 참조하면, 상단 좌측은 전류가

Figure pat00008
방향일 경우, 가변 강자성층(400)의 자화 방향이 스핀 전달 토크를 받아 고정 강자성층(420)의 방향과 동일한 방향으로 변화하여 저항이 감소하여 전류가 흐르는 것을 나타낸 개념도이다. Referring to Figure 4, the upper left is the current
Figure pat00008
In the direction, the magnetization direction of the variable ferromagnetic layer 400 receives the spin transfer torque and changes in the same direction as the direction of the fixed ferromagnetic layer 420 to decrease the resistance to flow a current.

상단 우측은 전류가

Figure pat00009
방향일 경우, 가변 강자성층(400)의 자화 방향이 스핀 전달 토크를 받아 고정 강자성층(420)의 방향과 반대 방향으로 변화하여 저항이 증가하여 전류가 흐르지 않는 것을 나타낸 개념도이다. The upper right is the current
Figure pat00009
In the direction, the magnetization direction of the variable ferromagnetic layer 400 receives the spin transfer torque and changes in a direction opposite to that of the fixed ferromagnetic layer 420 to increase resistance and thus prevent current from flowing.

도 5는 STT-MRAM에 포함된 MTJ의 양방향 구동 특성을 전류와 저항 사이의 관계로 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing the bidirectional driving characteristics of the MTJ included in the STT-MRAM as a relationship between current and resistance.

도 5를 참조하면, 전류가

Figure pat00010
방향으로 계속 증가할 경우 특정한 임계값 이상이 되면 가변 강자성층(400)의 자화 방향이 고정 강자성층(420)의 자화 방향과 반대 방향이 되고 저항이 급격히 증가한다. 5, the current is
Figure pat00010
If it continues to increase in the direction or more than a certain threshold value, the magnetization direction of the variable ferromagnetic layer 400 becomes the opposite direction of the magnetization direction of the fixed ferromagnetic layer 420 and the resistance increases rapidly.

반대로 전류가

Figure pat00011
인 경우, 가변 강자성층(400)의 자화 방향이 고정 강자성층(420)의 자화 방향과 동일하여 전류를 잘흘릴 수 있게 된다. On the contrary
Figure pat00011
In this case, the magnetization direction of the variable ferromagnetic layer 400 is the same as the magnetization direction of the fixed ferromagnetic layer 420 so that the current can flow well.

즉, STT-MRAM은 MTJ에 흐르는 전류의 방향을 상이하게 함으로써 데이터의 상태를 변화시킬 수 있어야 한다. 따라서, STT-MRAM에 사용되는 스위칭 소자는 양방향 구동 특성을 가지고 있어야 한다. 스위칭 소자가 양방향 구동 특성을 가지기 위해서는 트랜지스터가 사용될 경우, 메모리 셀에 포함된 스위칭 소자의 사이즈가 커지기 때문에 MTJ에 직접적으로 전류를 가하는 STT-MRAM 구조를 사용하여 자기 셀의 크기를 줄여도 메모리 셀의 사이즈를 축소시키는데 한계를 가진다.That is, the STT-MRAM should be able to change the state of data by making the direction of the current flowing in the MTJ different. Therefore, the switching element used for STT-MRAM must have bidirectional driving characteristics. When the transistor is used for the switching element to have bidirectional driving characteristics, the size of the switching element included in the memory cell increases, so that the size of the memory cell can be reduced even if the size of the magnetic cell is reduced by using an STT-MRAM structure that directly applies the current to the MTJ. There is a limit to shrinking.

도 6은 저항성 메모리 소자 중 하나인 RRAM의 동작 특성을 나타낸 그래프이다. 6 is a graph illustrating an operating characteristic of an RRAM, which is one of resistive memory devices.

RRAM은 기존의 전하 저장용 축전기를 이용하는 DRAM, flash 메모리와는 다르게 간단한 금속/절연체/금속(MIM, Metal/Insulator/Metal) 구조로 이루어져 있으며, MIM 구조에서 보이는 산화물의 여러 특성 중에 비휘발성을 보이는 저항 스위칭현상을 이용한다. RRAM is composed of simple metal / insulator / metal (MIM, Metal / Insulator / Metal) structure, unlike DRAM and flash memory, which use a charge storage capacitor. Use resistance switching phenomenon.

도 6은 스위칭 동작의 특성에 따라 두 가지로 분류되는 전형적인 RRAM의 전류-전압 특성 곡선을 나타낸 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristic curves of a typical RRAM classified into two types according to characteristics of a switching operation.

RRAM에는 단방향 특성 및 양방향 특성을 보이는 두 종류가 존재한다. There are two types of RRAM that exhibit unidirectional and bidirectional characteristics.

도 6의 좌측 그래프는 단방향 특성(Unipolar)을 가지는 RRAM의 전류-전압 동작 특성을 나타낸 것이고 도 6의 우측 그래프는 양방향 특성(Bipolar)을 가지는 RRAM의 전류-전압 동작 특성을 나타낸 것이다. The left graph of FIG. 6 shows current-voltage operating characteristics of an RRAM having unipolar characteristics, and the right graph of FIG. 6 shows current-voltage operating characteristics of an RRAM having bipolar characteristics.

두 종류의 RRAM은 모두 하나의 전압 하에서 두 가지 상이한 저항 상태를 가질 수 있다. 한번 상태(State)가 변한 상태에서는 다음 스위칭이 일어나기 전에는 외부 전원이 공급되지 않는 상태에서도 계속해서 그 상태를 유지하게 된다. 일반적으로 저항이 작은 상태를 'ON', 큰 상태를 'OFF'라 부르고 두 상태(state)를 이용하여 2비트(bit) 정보를 저장할 수 있는 메모리로써 기능을 수행한다.Both types of RRAM can have two different resistance states under one voltage. Once the state has changed, it remains in that state even when no external power is supplied until the next switching occurs. In general, a small resistance state is called 'ON', a large state is called 'OFF', and two states are used to store two bits of information.

단방향 특성을 가지는 단극성(Unipolar) RRAM의 경우에는 한쪽 극성에서 두 상태 모두를 스위칭 시킬 수 있다. 즉, 한쪽 극성 전압에서 전압의 크기 변화만으로도 RRAM의 동작 상태를 ON으로 스위칭 시켰다가 OFF로 스위칭을 시킬 수 있다.Unipolar RRAMs with unidirectional characteristics can switch both states at one polarity. That is, only by changing the magnitude of the voltage at one polarity voltage, the operating state of the RRAM can be switched to ON and then to OFF.

반면에 양극성(Bipolar) RRAM은 한쪽 극성 전압에서 ON으로 스위칭을 시킨 후 OFF 스위칭을 시키기 위해서는 다른 극성 전압으로의 변화, 즉, 극성의 변화가 있어야 스위칭시킬 수 있다. 두 종류의 RRAM은 각각의 장단점을 가지고 있다. 대표적으로 단극성(Unipolar) RRAM은 한쪽 극성만으로도 동작이 가능하기 때문에 양극성을 다쓰는 양극성(Bipolar) RRAM보다 설계적인 측면 및 전력 소비의 측면에서 장점이 있다. 또한 한 번 저장해 놓은 정보는 오랜 시간이 지나도 변하지 않는 특성이 양극성 RRAM보다 상대적으로 좋다. Bipolar RRAMs, on the other hand, require a change to the other polarity voltage, that is, a polarity change, in order to switch from one polarity voltage to ON and then to OFF. Both types of RRAM have their advantages and disadvantages. Typically, unipolar RRAMs can operate with only one polarity, which has advantages in terms of design and power consumption over bipolar RRAMs. In addition, the information stored once does not change over time, compared to bipolar RRAM.

양극성 RRAM은 단극성 RRAM과 비교하여 메모리로서 산포가 작다는 점과 상대적으로 작은 전류에서 동작이 된다는 점에서 장점을 가진다. 차세대 저항성 메모리인 PRAM, RRAM, MRAM 등은 전하를 축적하여 동작시키는 기존 상용화된 메모리의 동작 메카니즘과 달리 실제로 전압을 인가할 때 셀을 통해 전류가 흐르게 되는데 고집적의 메모리 구현을 위해서는 이 전류의 양이 절대적으로 작아야한다. Bipolar RRAMs have advantages in comparison to unipolar RRAMs in that they have a small dispersion and operate at relatively small currents. Next-generation resistive memory, PRAM, RRAM, and MRAM, has a current flowing through the cell when a voltage is actually applied, unlike the operation mechanism of conventional commercially available memory that accumulates charges. Should be absolutely small.

즉, 메모리를 고집적화 시키기 위해서는 작은 전류로 구동이 가능해야 하며 선택용 소자의 양극성이 필요하므로 STT-MRAM 또는 RRAM과 같은 저항성 메모리 소자를 포함하는 메모리의 스위칭 소자는 메모리 소자에 양방향의 전류를 흘려줄 수 있는 양방향 구동 특성을 가져야 한다. In other words, in order to integrate the memory with high current, it must be possible to drive with a small current and the polarity of the selection device is required. Therefore, a switching device of a memory including a resistive memory device such as an STT-MRAM or an RRAM can provide bidirectional current to the memory device. It should have a bidirectional drive characteristic.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동을 위한 스위칭 소자를 나타낸 개념도이다. 7 is a conceptual diagram illustrating a switching device for bidirectional driving according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 셀은 아래층부터 Si 기판(700), Oxide 박막(710), N/P/N 구조(720)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, a memory cell according to an embodiment of the present invention may include a Si substrate 700, an oxide thin film 710, and an N / P / N structure 720 from below.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 설명의 편의상 메모리 셀의 기판은 Si 기판으로 가정하지만, Si 기판 외에 4족 원소 기반의 반도체 기판인 Poly-Silicon, Ge, GaP, GaAs, SiGe 등이 사용된 반도체 기판도 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 셀을 형성하기 위한 기판으로 사용될 수 있다. In addition, in one embodiment of the present invention, for convenience of description, the substrate of the memory cell is assumed to be a Si substrate, but a semiconductor including Poly-Silicon, Ge, GaP, GaAs, SiGe, etc., which is a Group 4 element-based semiconductor substrate, in addition to the Si substrate, is used. The substrate may also be used as a substrate for forming a memory cell according to an embodiment of the present invention.

Si 기판(700) 위에는 Oxide 박막(710)을 증착시키고 본 발명의 일실시예에 따른 N/P/N 구조(720)를 형성하기 위한 부분을 에칭시킬 수 있다. An oxide thin film 710 may be deposited on the Si substrate 700 and the portion for forming the N / P / N structure 720 according to an embodiment of the present invention may be etched.

Oxide 박막(710)에 에칭된 부분에는 N/P/N 구조(720)가 형성될 수 있다. An N / P / N structure 720 may be formed in a portion etched in the oxide thin film 710.

N/P/N 구조(720)는 N타입 제1 도핑층(723), P타입 제2 도핑층(725), N타입 제3 도핑층(727)이 순차적으로 적층된 구조로써 양방향으로 전류를 흘릴 수 있는 특성을 가지며 반도체의 도핑 정도에 따라 특정 전압에 따라 흐르는 전류 특성을 변화시킬 수 있다. The N / P / N structure 720 is a structure in which an N-type first doping layer 723, a P-type second doping layer 725, and an N-type third doping layer 727 are sequentially stacked, so that current is bidirectionally generated. It has a property that can flow and can change the current characteristics flowing according to a specific voltage according to the degree of doping of the semiconductor.

이하, 본 발명의 실시예에서는 메모리 셀의 스위칭 소자로써 N/P/N 구조(720)를 사용하는 것을 설명하지만, P/N/P 구조 역시 스위칭 소자로써 사용할 수 있다. Hereinafter, although the embodiment of the present invention describes using the N / P / N structure 720 as the switching element of the memory cell, the P / N / P structure may also be used as the switching element.

또한, 도 7에 나타난 N/P/N 구조(720)(또는, P/N/P)는 설명의 편의상 N/P/N 구조(720)를 스위칭 소자로써 사용하여 양방향 구동 특성을 나타내는 메모리 소자를 표현하기 위한 것으로써 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한, 도 7에 도시된 수직 구조의 N/P/N 구조를 가진 실시예와 상이한 형태의 N/P/N 구조를 메모리 셀의 스위칭 소자로써 사용할 수 있다. In addition, the N / P / N structure 720 (or P / N / P) shown in FIG. 7 uses the N / P / N structure 720 as a switching device for convenience of description, and exhibits a bidirectional driving characteristic. As shown in FIG. 7, the N / P / N structure of the memory cell is different from the embodiment having the N / P / N structure of the vertical structure shown in FIG. Can be used as

이하, 본 발명의 일실시예에서는, N/P/N 구조(720)의 하부의 N 타입으로 도핑된 층을 N타입 제1 도핑층(723), 중간의 P 타입으로 도핑된 층을 P타입 제2 도핑층(725), 상부의 N 타입으로 도핑된 층을 N타입 제3 도핑층(727)이라는 용어로 동일한 의미로써 사용할 수 있다. 또한, 동일한 방식으로 P/N/P 구조(730)의 하부의 P 타입으로 도핑된 층을 P타입 제1 도핑층(733), 중간의 N 타입으로 도핑된 층을 N타입 제2 도핑층(735), 상부의 P 타입으로 도핑된 층을 P타입 제3 도핑층(737)이라는 용어로 동일한 의미로써 사용할 수 있다. Hereinafter, in an embodiment of the present invention, the N-type doped layer 723 of the lower portion of the N / P / N structure 720, the P-type layer of the doped layer in the middle P type, P type The second doped layer 725 and the N-doped layer on the top may be used in the same meaning as the term N-type third doped layer 727. In the same manner, the P-type first doped layer 733 may be a P-type doped layer below the P / N / P structure 730, and the N-type second doped layer may be an intermediate N-doped layer ( 735, the upper P-doped layer may be used in the same sense as the term P-type third doped layer 737.

도 7의 좌측은 N/P/N 구조에서 N타입 제3 도핑층(727)과 N타입 제1 도핑층(723)의 도핑 농도를 P타입 제2 도핑층(725)의 농도보다 높은 농도로 도핑하여 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자를 구현한 것이다. 7 shows the doping concentration of the N-type third doping layer 727 and the N-type first doping layer 723 higher than that of the P-type second doping layer 725 in the N / P / N structure. Doping implements a switching device having bidirectional driving characteristics.

도 7의 좌측 상단은 N/P/N 구조(720)를 스위칭 소자로 사용한 메모리 구조를 나타낸 것이고 도 7의 좌측 하단은 P/N/P 구조(730)를 스위칭 소자로 사용한 메모리 구조를 나타낸 것이다. 7 illustrates a memory structure using the N / P / N structure 720 as the switching element, and a lower left portion of FIG. 7 illustrates the memory structure using the P / N / P structure 730 as the switching element. .

도 7의 좌측 상단을 참조하면, N/P/N 구조(720)의 스위칭 소자의 경우 N타입 제3 도핑층(727) 및 N타입 제1 도핑층(723)인 N 층의 도핑농도는 동일한 도핑 농도(이하, 동일한 도핑 농도 범위는 제조상 발생하는 일정 범위의 농도 오차를 포함한 농도 범위를 말함.)로 도핑을 하고 중간 도핑층인 P타입 제2 도핑층(725)은 N타입 제1 도핑층(723) 및 N타입 제3 도핑층(727)보다 낮은 도핑 농도로 구현할 수 있다.Referring to the upper left of FIG. 7, in the switching element of the N / P / N structure 720, the doping concentration of the N layer, which is the N type third doping layer 727 and the N type first doping layer 723, is the same. The doping concentration (hereinafter, the same doping concentration range refers to a concentration range including a range of concentration errors occurring in manufacturing) and the P type second doping layer 725, which is an intermediate doping layer, is an N type first doping layer. 723 and the N-type third doping layer 727 may be implemented at a lower doping concentration.

도 7의 좌측 하단을 참조하면, N/P/N 구조(720)와 동일한 방식으로, P/N/P 구조(730)의 스위칭 소자의 경우 P타입 제1 도핑층(733) 및 P타입 제3 도핑층(737)인 P 층의 도핑 농도는 동일한 농도(이하, 동일한 도핑 농도는 제조상 발생하는 일정 범위의 농도 오차를 포함한 농도 범위를 말함.)로 도핑을 하고 중간 도핑층인 N타입 제2 도핑층(725)은 상부 도핑층 및 하부 도핑층보다 낮은 도핑 농도로 구현할 수 있다.Referring to the lower left of FIG. 7, in the same manner as the N / P / N structure 720, in the case of the switching element of the P / N / P structure 730, the P type first doping layer 733 and the P type agent are made. The doping concentration of the P layer, which is the three doping layer 737, is doped at the same concentration (hereinafter, the same doping concentration refers to a concentration range including a range of concentration errors occurring in manufacturing) and the N type second intermediate doping layer. The doped layer 725 may be implemented at a lower doping concentration than the upper and lower doped layers.

본 발명의 일실시예에 따른 층간의 농도 차이를 이용하여 N/P/N 구조 또는 P/N/P 구조를 사용할 경우, 스위칭 소자로 다이오드가 사용될 경우 가질 수 없었던 양방향 구동 특성을 가질 수 있어 작은 전류로 메모리가 구동이 가능해 메모리의 고집적화가 이루어질 수 있다. When using an N / P / N structure or a P / N / P structure by using the difference in concentration between layers according to an embodiment of the present invention, it may have a bidirectional driving characteristic that the diode could not have when the diode was used as a switching element. The memory can be driven by the current, so that the memory can be highly integrated.

도 7의 우측은 상부 도핑층 및 하부 도핑층의 농도를 다르게 하여 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자를 구현한 개념도이다. 7 is a conceptual diagram illustrating a switching device having bidirectional driving characteristics by varying concentrations of an upper doping layer and a lower doping layer.

도 7의 우측 상단을 참조하면, N/P/N 구조(740)로써 N타입 제3 도핑층(747) 및 N타입 제1 도핑층(743)이 P타입 제2 도핑층(725)보다 높은 농도로 도핑되어 있다. N타입 제3 도핑층(747)과 N타입 제1 도핑층(743)은 상대적으로 서로 다른 농도로 비대칭적으로 도핑될 수 있다.Referring to the upper right of FIG. 7, the N-type third doping layer 747 and the N-type first doping layer 743 are higher than the P-type second doping layer 725 as the N / P / N structure 740. Doped to concentration. The N-type third doped layer 747 and the N-type first doped layer 743 may be asymmetrically doped at relatively different concentrations.

동일한 방식으로, 도 7의 우측 하단을 참조하면, P/N/P 구조(750)로써 P타입 제3 도핑층(757) 및 P타입 제1 도핑층(753)이 N타입 제2 도핑층(755)보다 높은 농도로 도핑되어 있다. P타입 제3 도핑층(757)과 P타입 제1 도핑층(753)은 서로 다른 농도로 비대칭적으로 도핑될 수 있다. In the same manner, referring to the lower right side of FIG. 7, the P-type third doping layer 757 and the P-type first doping layer 753 may be the N-type second doping layer (P / N / P structure 750). Doped to a concentration higher than 755). The P-type third doped layer 757 and the P-type first doped layer 753 may be asymmetrically doped at different concentrations.

상부 및 하부 도핑층에 동일한 도핑 농도를 사용할 경우 대칭 읽기 특성을 가지지만 상부 및 하부 도핑층에 차별적인 도핑 농도를 사용하는 경우 메모리는 비대칭 읽기(Read)특성을 가질 수 있다.When the same doping concentration is used for the upper and lower doping layers, the symmetrical read characteristics are used. However, when a different doping concentration is used for the upper and lower doping layers, the memory may have an asymmetric read characteristic.

저항성 메모리 소자는 양방향 구동 특성과 더불어 비대칭 읽기(Read) 동작 특성도 중요한 요구 조건이 된다. + 바이어스(Bias)에서 특정 셀을 읽을 때는 비트 라인(Bit Line)에 연결된 다른 셀들은 역방향으로 바이어스(Bias)되어져야 하며, 누설 전류가 없어야 한다. In the resistive memory device, in addition to bidirectional driving characteristics, asymmetric read operation characteristics are important requirements. When reading a specific cell at + bias, the other cells connected to the bit line should be biased in the reverse direction and there should be no leakage current.

즉, 특정 전압에서 구동 전류가 흐르면서 동시에 읽기(Read) 전압에서 +,- 간 온/오프 비율(On/Off Ratio)가 일정 비율 이상 되는 스위칭 소자 특성이 필수적으로 요구된다. That is, a switching device characteristic in which a driving current flows at a specific voltage and a +/- on / off ratio is more than a predetermined ratio at a read voltage is required.

상부 및 하부 도핑층에 차별적인 도핑 농도를 사용하여 메모리가 비대칭 읽기(Read)특성을 가지는 경우, 양방향 구동 특성을 가지는 메모리의 On/Off Ratio가 대칭 읽기 특성을 가질 경우보다 높아지기 때문에 상대적으로 더 좋은 메모리 동작 특성을 가질 수 있다. When the memory has an asymmetric read characteristic by using different doping concentrations for the upper and lower doped layers, the on / off ratio of the memory having the bidirectional driving characteristic is higher than that of the symmetric read characteristic, which is relatively better. It may have a memory operation characteristic.

즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상부 및 하부 계층의 도핑 농도 또는 가운데 계층의 도핑 농도를 조절하여 양방향 구동 및 비대칭 읽기 특성을 갖는 스위칭 소자를 구현할 수 있다. That is, according to an embodiment of the present invention, a switching device having bidirectional driving and asymmetric read characteristics may be implemented by adjusting the doping concentrations of the upper and lower layers or the doping concentrations of the middle layer.

이상의 본 발명의 일실시예에 따르면 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자는 N/P/N 구조 또는 P/N/P 구조를 가질 수 있고 적층 순서에 따라 N/P/N 구조일 경우 N타입 제1 도핑층, P타입 제2 도핑층, N타입 제3 도핑층을 가질 수 있고, P/N/P 구조일 경우 P타입 제1 도핑층, N타입 제2 도핑층, P타입 제3 도핑층을 가질 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the switching element having the bidirectional driving characteristic may have an N / P / N structure or a P / N / P structure, and in the case of an N / P / N structure according to the stacking order, the N-type first It may have a doping layer, a second P-type doping layer, an N-type third doping layer, in the case of a P / N / P structure P-type first doping layer, N-type second doping layer, P-type third doping layer Can have

이하 본 발명의 실시예에서는 N타입 제1 도핑층 및 P타입 제1 도핑층을 포함한 개념으로 제1 도핑층, 제2 N타입 제2도핑층 및 제2 P형 도핑층을 포함한 개념으로 제2 도핑층, N타입 제3 도핑층 및 P타입 제3 도핑층을 포함한 개념으로 제3 도핑층이라는 용어를 사용할 수 있다.In the following embodiment of the present invention, a concept including a first doping layer, a second N-type second doping layer, and a second P-type doping layer in a concept including an N-type first doping layer and a P-type first doping layer The term "third doping layer" may be used in a concept including a doping layer, an N-type third doping layer, and a P-type third doping layer.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동 특성을 가지는 N/P/N 구조를 스위칭 소자로 사용한 STT-MRAM을 제작하는 과정을 나타낸 개념도이다. 8 is a conceptual diagram illustrating a process of fabricating an STT-MRAM using an N / P / N structure having bidirectional driving characteristics as a switching device according to an embodiment of the present invention.

도 8에서는 반도체 기판으로 Si 기판을 사용하고 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자로 N/P/N 구조를 사용하여 STT-MRAM을 제작하는 과정을 나타낸다. 하지만, 이러한 구조는 설명의 편의상 하나의 실시예로써 나타낸 것으로써 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 반도체 기판은 Si 기판 외에 4족 원소 기반의 반도체 기판인 Poly-Silicon, Ge, GaP, GaAs, SiGe 등이 사용된 반도체 기판도 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 셀을 형성하기 위한 기판으로 사용될 수 있으며, 스위칭 소자 역시 P/N/P 구조를 사용할 수 있다. 8 illustrates a process of fabricating an STT-MRAM using an Si substrate as a semiconductor substrate and an N / P / N structure as a switching device having bidirectional driving characteristics. However, such a structure is shown as one embodiment for convenience of description, and unless the semiconductor substrate is released from the essence of the present invention, the semiconductor substrate is a poly-silicon, ge, gap, gaas, sige, SiGe, which is a group 4 element-based semiconductor substrate in addition to the Si substrate. The semiconductor substrate may be used as a substrate for forming a memory cell according to an embodiment of the present invention, and the switching element may also use a P / N / P structure.

도 8에서는 설명의 편의상 MTJ를 메모리 소자로서 사용하는 STT-MRAM을 제작하는 과정을 나타낸 것으로 MTJ가 아닌 다른 종류의 저항성 메모리 소자를 사용하여 STT-MRAM이 아닌 RRAM PRAM과 같은 메모리를 구현하는 것도 가능하다.FIG. 8 illustrates a process of fabricating an STT-MRAM using MTJ as a memory device for convenience of description, and it is also possible to implement a memory such as an RRAM PRAM other than an STT-MRAM using a resistive memory device other than MTJ. Do.

도 8을 참조하면, Si 기판(800)에 Oxide 박막(803)을 증착시킨다. 증착된 Oxide 박막을 에칭하여 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자를 형성시킬 영역을 형성한다. 상기 에칭된 영역에 폴리 실리콘(805)을 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)로 증착한다. 상기 증착된 폴리 실리콘을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 평탄화를 진행한다. 상기 평탄화가 진행된 폴리 실리콘에 이온 주입(Ion Implant) 방식으로 N type 불순물로 주입시켜 하부 도핑층(805)을 형성한 후 Annealing을 수행한다. 하부 도핑층과 반대 도핑 타입인 P Type 불순물로 도핑을 수행하여 중간 도핑층(807)을 형성한다. 이후 하부 도핑층과 동일한 도핑 타입으로 N Type 물질로 도핑하여 상부 도핑층(809)을 형성하여 N/P/N 구조의 스위칭 소자를 형성한다. Referring to FIG. 8, an oxide thin film 803 is deposited on a Si substrate 800. The deposited oxide thin film is etched to form a region for forming a switching device having bidirectional driving characteristics. Poly silicon 805 is deposited on the etched region by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). The deposited polysilicon is planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) process. The flattened polysilicon is implanted with N type impurities by ion implantation to form a lower doped layer 805 and then annealing is performed. The intermediate doped layer 807 is formed by doping with P type impurities of a doping type opposite to the lower doped layer. Thereafter, the upper doping layer 809 is formed by doping with an N type material using the same doping type as the lower doping layer to form a switching device having an N / P / N structure.

동일한 방식으로 P/N/P 구조의 스위칭 소자를 구현하는 것도 가능하다. It is also possible to implement a switching element of the P / N / P structure in the same manner.

본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 도핑층과 제 3도핑층은 제2 도핑층 보다 높은 도핑 농도를 가질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the first doped layer and the third doped layer may have a higher doping concentration than the second doped layer.

제1 도핑층과 제3 도핑층은 동일한 도핑 농도 범위(이하, 동일한 도핑 농도 범위는 제조상 발생하는 일정 범위의 농도 오차를 포함한 농도 범위를 말함.)를 가지거나 제1 도핑층 및 제3 도핑층이 상이한 도핑 농도 범위를 가질 수 있다. The first doped layer and the third doped layer have the same doping concentration range (hereinafter, the same doping concentration range refers to a concentration range including a range of concentration errors occurring in manufacturing) or the first doping layer and the third doping layer It can have different doping concentration ranges.

제1 도핑층 및 제3 도핑층이 상이한 도핑 농도 범위를 가지는 경우 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 소자는 비대칭 읽기 특성을 가질 수 있다.When the first doped layer and the third doped layer have different doping concentration ranges, the memory device according to an embodiment of the present invention may have an asymmetric read characteristic.

마지막으로 형성된 스위칭 소자의 상부에 MTJ(811, Magnetic Tunneling Junction) 소자를 연결시켜 양방향 구동 특성을 가지는 STT-MRAM 메모리 셀을 구현할 수 있다(850). Finally, an STT-MRAM memory cell having a bidirectional driving characteristic may be implemented by connecting an MTJ (811, Magnetic Tunneling Junction) device on the formed switching device (850).

MTJ 소자는 저항성 메모리 소자로써 본 발명의 일실시예에 따르면, 상부에 MTJ가 아닌 RRAM, PRAM과 같은 다른 저항성 메모리 소자들을 사용하여 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자를 사용한 메모리 셀을 구현할 수 있다. The MTJ device is a resistive memory device, and according to an embodiment of the present invention, a memory cell using a switching device having bidirectional driving characteristics may be implemented by using other resistive memory devices such as RRAM and PRAM instead of MTJ.

전술한 양방향 구동 특성을 가지는 메모리를 제작하는 방법은 양방향 구동 특성을 가지는 메모리를 구현하기 위한 일실시예로써 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 양방향 구동 특성을 가지는 메모리의 제작 공정이 추가 또는 삭제되거나 양방향 구동 특성을 가지는 메모리의 제작 공정이 전술한 과정과 다른 공정 방법으로 구현되는 것도 가능하다. The above-described method of manufacturing a memory having a bidirectional driving characteristic is an embodiment for implementing a memory having a bidirectional driving characteristic, and a manufacturing process of a memory having a bidirectional driving characteristic is added or deleted unless it is omitted from the essence of the present invention. It is also possible that the fabrication process of the memory having the bidirectional driving characteristic is implemented by a process method different from the above-described process.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동 특성을 가진 스위칭 소자의 양방향 구동 및 읽기 특성을 보여주는 I-V 특성 그래프이다.9 is an I-V characteristic graph showing bidirectional driving and reading characteristics of a switching device having bidirectional driving characteristics according to an embodiment of the present invention.

그래프에 나타난 N/P/N 구조는 상부 N형 도핑층 및 하부 N형 도핑층이 동일한 도핑 농도를 가지고 중간 P형 도핑층은 상부 N형 도핑층 및 하부 N형 도핑층에 비해 낮은 농도를 가지는 N/P/N 구조를 스위칭 구조로 사용한 경우 I-V 특성을 나타낸 것이다.In the N / P / N structure shown in the graph, the upper N-type doping layer and the lower N-type doping layer have the same doping concentration, and the intermediate P-type doping layer has lower concentration than the upper N-type doping layer and the lower N-type doping layer. In case of using N / P / N structure as switching structure, it shows IV characteristics.

도 9의 좌측 그래프는 상부 및 하부 도핑층이 동일한 도핑 농도를 가질 경우, I-V 특성을 선형(Linear) 스케일로 나타낸 것이다. 도 8의 좌측 그래프에 나타난 화살표 방향은 중간 P형 도핑층의 농도의 변화에 따라 I-V 특성 곡선이 변화하는 것을 나타낸다. The left graph of FIG. 9 shows I-V characteristics on a linear scale when the upper and lower doping layers have the same doping concentration. The arrow direction shown in the left graph of FIG. 8 indicates that the I-V characteristic curve changes as the concentration of the intermediate P-type doped layer changes.

도 9의 우측 그래프는 상부 및 하부 도핑층이 동일한 도핑 농도를 가질 경우, I-V 특성을 로그(Log) 스케일로 나타낸 것이다. 도 8의 우측 그래프에 나타난 화살표 방향은 중간 P형 도핑층의 농도의 변화에 따라 I-V 특성 곡선이 변화하는 것을 나타낸다. In the right graph of FIG. 9, when the upper and lower doping layers have the same doping concentration, I-V characteristics are shown on a log scale. The arrow direction shown in the graph on the right of FIG. 8 indicates that the I-V characteristic curve changes with the change of the concentration of the intermediate P-type doped layer.

상부 및 하부 N형 도핑층의 농도가 동일할 경우 대칭적인 I-V 특성 곡선을 가질 수 있다.When the upper and lower N-type doping layers have the same concentration, they may have a symmetrical I-V characteristic curve.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동 특성을 가진 스위칭 소자의 양방향 구동 및 읽기 특성을 보여주는 I-V 특성 그래프이다.10 is an I-V characteristic graph showing bidirectional driving and reading characteristics of a switching device having bidirectional driving characteristics according to an embodiment of the present invention.

도 10의 좌측은 상부 및 하부 도핑층이 상이한 도핑 농도를 가질 경우, I-V 특성을 로그(Log) 스케일로 나타낸 것이다.The left side of FIG. 10 shows I-V characteristics on a log scale when the upper and lower doped layers have different doping concentrations.

도 10의 좌측 그래프를 참조하면, 구동 전압이 2 V일 경우, 수A 정도의 전류가 흐르기 때문에 메모리에서 읽기(Read) 동작을 수행할 수 있다.Referring to the left graph of FIG. 10, when the driving voltage is 2 V, a current of about A flows, so that a read operation may be performed in the memory.

선택된 셀에서 읽기(Read) 동작을 수행할 경우, 비선택된 셀의 비트 라인에는

Figure pat00012
(여기서,
Figure pat00013
는 읽기 전압 2V임.)을 인가하고, 비선택된 셀의 워드 라인에는 0 V를 인가할 수 있다. 이러한 전압의 인가로 비선택된 셀에는 1V의 전압이 인가되고 On/Off Raio는
Figure pat00014
값을 가질 수 있다.When performing a read operation on the selected cell, the bit line of the unselected cell
Figure pat00012
(here,
Figure pat00013
Is a read voltage of 2V), and 0V may be applied to a word line of an unselected cell. The voltage of 1V is applied to the unselected cells by the application of this voltage, and On / Off Raio
Figure pat00014
It can have a value.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 메모리에서는 비선택된 메모리 셀에는 1V의 전압이 걸리고 1V 전압이 걸릴 경우, On/Off Ratio가

Figure pat00015
이며 비선택된 메모리셀에는 약
Figure pat00016
정도의 전류가 흐르게 된다. 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 소자의 On/Off Ratio값이
Figure pat00017
일 경우, 스위칭 소자로써 트랜지스터를 사용한 경우의 On/Off Ratio 값과 동일한 범위의 값이다.That is, in the memory according to the embodiment of the present invention, when the voltage of 1V is applied to the non-selected memory cell and the voltage of 1V is applied, the On / Off Ratio is increased.
Figure pat00015
And unselected memory cells are about
Figure pat00016
This is enough current to flow. On / Off Ratio value of the memory device according to an embodiment of the present invention
Figure pat00017
In this case, the value is in the same range as the On / Off Ratio value when the transistor is used as the switching element.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 N/P/N 구조에 바이어스를 인가한 경우의 접합 개념 및 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.11 to 13 are diagrams illustrating a bonding concept and a band diagram when a bias is applied to an N / P / N structure according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 고농도로 도핑된 양 말단의 N+ 영역들인 제1 N영역 및 제2 N영역이 개시되고, 저농도로 도핑된 P 영역이 개시된다. Referring to FIG. 11, a first N region and a second N region, which are highly doped N + regions of both ends, are disclosed, and a lightly doped P region is disclosed.

N+ 영역의 양단에 바이어스가 인가되지 않은 평형 상태에서 페르미 준위 EF는 영역과 무관하게 동일 레벨을 유지한다. 만일, 제1 N영역과 제2 N영역의 도핑 농도가 동일한 경우, 2개의 N영역의 전도대역의 에너지 준위 EC1, EC2은 서로 동일하게 나타난다. In equilibrium with no bias applied across the N + region, the Fermi level E F remains at the same level regardless of the region. If the doping concentrations of the first N region and the second N region are the same, the energy levels E C1 and E C2 of the conduction bands of the two N regions are the same.

또한, 2개의 N영역과 P영역의 접합에서 나타나는 공핍 영역은 고농도로 도핑된 N영역에서는 낮은 폭을 가지고, 저농도로 도핑된 P영역에서는 넓은 폭을 가지게 된다. 이는 공핍 영역의 형성이 접합에 의한 전자와 홀의 재결합과 재결합에 의해 발생된 정전기력의 상호 작용에 의한 것이다. In addition, the depletion region appearing at the junction of the two N regions and the P region has a low width in the N region heavily doped and a wide width in the P region heavily doped. This is due to the interaction of the electrostatic force generated by the recombination and recombination of the electrons and holes by the junction.

또한, 상술한 접합 구조는 2개의 다이오드가 역방향으로 연결된 것으로 모델링될 수 있다. 즉, 제1 N영역과 P 영역 사이에 하나의 다이오드가 구성되며, P 영역과 제2 N영역 사이에 하나의 다이오드가 구성되며, 2개의 다이오드는 양극이 공통 연결되고, 음극이 소자의 양단을 구성하는 양상으로 모델링된다.In addition, the above-described junction structure may be modeled as two diodes connected in the reverse direction. That is, one diode is configured between the first N region and the P region, one diode is configured between the P region and the second N region, and the two diodes have a common anode connected, and the cathode is connected at both ends of the device. It is modeled as a constituent aspect.

도 12를 참조하면, 제1 N 영역 및 제2 N영역에 바이어스가 인가되면, 제1 N영역과 P 영역에는 역바이어스가 인가되고, P 영역과 제2 N영역 사이에는 정바이어스가 인가된다.Referring to FIG. 12, when a bias is applied to the first N region and the second N region, a reverse bias is applied to the first N region and the P region, and a positive bias is applied between the P region and the second N region.

인가되는 역바이어스에 의해 제1 N영역과 P 영역 사이의 에너지 대역의 격차(ECP-ECN1 또는 EVP-EVN1)는 증가한다. 이는 역바이어스에 의해 P 영역의 페르미 에너지 준위 EFP 와 제1 N영역의 페르미 에너지 준위 EFN1의 차이가 발생한 결과이다. 또한, 정바이어스에 의해 P 영역과 제2 N영역 사이의 에너지 대역의 격차(ECP-ECN2 또는 EVP-EVN2)는 감소한다. The applied reverse bias increases the energy band gap E CP -E CN1 or E VP -E VN1 between the first N region and the P region. This is due to the reverse bias of the Fermi energy level E FP in the P region. And the difference between the Fermi energy levels E FN1 in the first N region. Further, the gap of the energy band between the P-region and the N region 2 by the positive bias (E -E CN2 CP or VP E -E VN2) is reduced.

또한, 바이어스의 인가에 따라 접합에서 공핍 영역의 폭은 증가되거나 감소된다. 즉, 역바이어스가 인가되는 제1 N영역과 P 영역의 공핍 영역은 벌크를 향해서 확장된다. 반면, 정바이어스가 인가되는 P 영역과 제2 N영역의 공핍 영역은 접합점을 향해 축소된다. In addition, the width of the depletion region at the junction increases or decreases with the application of the bias. That is, the depletion region of the first N region and the P region to which the reverse bias is applied extends toward the bulk. On the other hand, the depletion region of the P region to which the positive bias is applied and the second N region is reduced toward the junction.

상술한 구조에서 제1 N영역과 P영역 사이에는 역바이어스가 인가된다. 따라서, 바이어스의 인가에 따른 전류의 흐름은 발생하지 않는다. 비록, P 영역과 제2 N 영역에 정바이어스가 인가되더라도, 이와 직렬연결괸 제1 N영역과 P 영역은 역바이어스가 인가되므로 전류의 흐름은 차단된다.In the above structure, a reverse bias is applied between the first N region and the P region. Therefore, no current flows due to the application of the bias. Although the positive bias is applied to the P region and the second N region, the reverse bias is applied to the first N region and the P region in series connection thereto, so that current flow is blocked.

다만, 상술한 구조에서 인가되는 바이어스 전압의 크기를 지속적으로 상승시키면, 제1 N영역과 P 영역 사이에는 역바이어스에 따른 항복(breakdown)이 발생할 수 있다. 이는 통상의 저전압에서 발생되는 제너 항복 현상에 기인한다. 즉, 역바이어스에 의해 에너지 대역이 비교적 낮은 전압에서 서로 엇갈릴 수 있다. 이는 제1 N영역의 전도대역과 P 영역의 가전자대역이 서로 교차됨을 의미한다. 따라서, 제1 N영역의 전도대역의 빈 에너지 상태와 P 영역의 가전자대역의 충만된 에너지 상태가 유사하거나 같은 높이로 나란히 배열된다. 또한, 두 대역을 분리하는 공핍영역에 의한 전위장벽의 폭이 충분히 좁다면, 전자의 터널링이 발생된다. 즉, P 영역의 가전자대역으로부터 제1 N영역으로의 전자의 터널링이 발생되고, 역바이어스에 따른 역전류의 발생이 일어난다. 따라서, 터널링 현상에 따라 제1 N영역으로부처 P 영역으로의 전류가 발생된다. 상술한 현상은 상기 도 10에서 전압의 증가에 따라 전류량이 급준하게 증가하는 구간에 해당한다.However, if the magnitude of the bias voltage applied in the above-described structure is continuously increased, breakdown may occur due to reverse bias between the first N region and the P region. This is due to the zener breakdown phenomenon that occurs at normal low voltages. In other words, the reverse bias allows the energy bands to intersect at relatively low voltages. This means that the conduction band of the first N region and the valence band of the P region cross each other. Thus, the empty energy state of the conduction band of the first N region and the filled energy state of the valence band of the P region are arranged side by side at the same or the same height. In addition, if the width of the potential barrier due to the depletion region separating the two bands is sufficiently narrow, electron tunneling occurs. That is, tunneling of electrons from the valence band of the P region to the first N region occurs, and generation of reverse current due to reverse bias occurs. Therefore, a current is generated from the first N region to the P region according to the tunneling phenomenon. The above phenomenon corresponds to a section in which the amount of current sharply increases as the voltage increases in FIG. 10.

이는 인가되는 바이어스에 대해 역방향으로 연결된 제너 다이오드와 이에 직렬로 정방향으로 배치된 다이오드의 연결로 모델링될 수 있다. 즉, 터널링 현상이 발생되는 제1N 영역과 P 영역은 제너 다이오드로 모델링되며, 정바이어스가 인가되는 P 영역 및 제2 N영역은 정방향 연결된 다이오드로 모델링된다.This can be modeled as a connection of a zener diode connected in reverse with respect to the bias applied and a diode disposed in forward direction in series with it. That is, the first N region and the P region where the tunneling phenomenon occurs are modeled as a zener diode, and the P region and the second N region where the positive bias is applied are modeled as the diodes connected forward.

도 13을 참조하면, 계속해서 인가되는 바이어스의 크기를 증가시키면, P 영역은 공핍영역으로 채워진다. 즉, 원래의 P 영역을 구성하는 홀의 농도 구배는 나타나지 않고, 반송자가 제거된 상태에서 이온만 존재하는 공핍영역이 제1 N영역 및 제2 N영역 사이에 나타난다. 이는 P 영역이 완전히 핀치-오프됨을 의미한다. 따라서, 제1 N영역과 제2 N영역 사이에 바이어스의 크기를 증가시키더라도 전류의 증가가 추가적으로 발생하지 않는 현상이 일어난다.Referring to FIG. 13, when the magnitude of the bias applied continuously is increased, the P region is filled with the depletion region. That is, the concentration gradient of the holes constituting the original P region does not appear, and a depletion region in which only ions exist while the carrier is removed appears between the first N region and the second N region. This means that the P region is completely pinched off. Therefore, even if the size of the bias is increased between the first N region and the second N region, an increase in current does not occur.

이를 에너지 밴드 다이어그램을 통해 설명하면, 인가되는 바이어스에 의해 제1 N영역과 제2 N영역 사이의 에너지 장벽 ECN2-ECN1은 크게 증가하며, P 영역에서의 벌크 영역은 완전히 제거된 상태이므로 에너지 밴드의 선형적이 증가만 발생된다. 또한, 상술한 항복 현상에 의해 제2 N영역의 가전자대역의 전자는 터널링을 통해 제1 N영역의 전도대로 이동한다. 따라서, 인가되는 바이어스에 따른 전류의 이동이 발생한다. 다만, 2개의 N영역들 사이에 핀치-오프된 영역이 존재하므로 추가적인 바이어스의 증가가 일어나더라도, 전류량의 증가는 비례하지 않는다. 이는 핀치-오프시, 전류량이 포화됨을 의미한다.When this is explained through an energy band diagram, the energy barrier E CN2 -E CN1 between the first N region and the second N region is greatly increased by the applied bias, and the bulk region in the P region is completely removed. Only a linear increase in the band occurs. In addition, due to the above-described breakdown phenomenon, electrons in the valence band of the second N region move through the conduction band of the first N region through tunneling. Therefore, the movement of the current occurs according to the bias applied. However, since there is a pinch-off region between the two N regions, even if an additional bias increases, the increase in the amount of current is not proportional. This means that at pinch-off, the amount of current is saturated.

상술한 구성은 역방향으로 연결된 하나의 제너 다이오드로 모델링될 수 있다. 즉, 제1 N 영역이 음극을 형성하고, 제2 N 영역이 양극을 형성하는 제너 다이오드로 모델링된다.The above-described configuration may be modeled as one zener diode connected in the reverse direction. That is, it is modeled as a Zener diode in which the first N region forms a cathode and the second N region forms an anode.

또한, 상술한 N/P/N 구조는 양방향 스위칭 소자로 활용될 수 있다. 예컨대, 턴온을 위해 비교적 고전압을 인가하여 하나의 제너 다이오드의 구성으로 모델링된 상태를 이용하는 경우, 소정의 인가전압에 대해 N/P/N 소자는 턴온되고, 소정의 포화 전류를 공급할 수 있다.In addition, the above-described N / P / N structure can be utilized as a bidirectional switching device. For example, when using a state modeled as a configuration of one zener diode by applying a relatively high voltage for turn-on, the N / P / N device may be turned on for a predetermined applied voltage and supply a predetermined saturation current.

또한, 저전압을 인가하는 경우, N/P/N 소자는 터널링 동작이 일어나지 않는 상태로 세팅할 수 있다. 즉, P/N접합에서 역방항 바이어스가 인가되고, 이를 통해 전류의 흐름이 차단하도록 하여 오프 상태를 구현할 수 있다.In addition, when a low voltage is applied, the N / P / N device may be set to a state where tunneling operation does not occur. That is, a reverse bias is applied at the P / N junction, and thus the off state can be realized by blocking the flow of current.

또한, 상술한 구조는 양방향 스위칭의 특성을 가진다. 도 11 내지 13에서는 제1 N 영역에 전원의 양극이 연결되고, 제2 N 영역에 전원의 음극이 연결된 것으로 도시하였으나, 제1 N 영역에 전원의 음극이 연결되고, 제2 N 영역에 전원의 양극이 연결되는 구성이 형성될 수 있다. 전원을 도 11 내지 13과는 반대방향으로 연결할 경우, 회로의 모델링도 극성이 반대로 나타나게 된다. 다만, 극성만을 달리할 뿐이지 동작의 양상은 상호 동일하다 할 것이다.In addition, the above-described structure has the characteristic of bidirectional switching. 11 to 13 illustrate that the anode of the power source is connected to the first N region, the cathode of the power source is connected to the second N region, but the cathode of the power source is connected to the first N region, and the power source is connected to the second N region. A configuration in which the anodes are connected can be formed. When the power source is connected in the opposite direction to FIGS. 11 to 13, the modeling of the circuit is also reversed in polarity. However, only the polarity is different, and the aspects of the operation will be the same.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 STT-MRAM 어레이를 나타낸 개념도이다. 14 is a conceptual diagram illustrating an STT-MRAM array according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, STT-MRAM 어레이는 복수개의 워드라인 WL1~WL4(1100, 1103, 1105, 1107), 복수개의 비트라인 BL1~BL3(1110, 1113, 1115) 및 STT-MRAM 셀(1120)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14, the STT-MRAM array includes a plurality of word lines WL1 to WL4 (1100, 1103, 1105, and 1107), a plurality of bit lines BL1 to BL3 (1110, 1113, and 1115), and an STT-MRAM cell 1120. It may include.

STT-MRAM 셀은 메모리 소자로써 MTJ(1123)를 사용할 수 있고 스위칭 소자로써 N/P/N 구조(1125) 또는 P/N/P 구조를 가질 수 있다.The STT-MRAM cell may use the MTJ 1123 as a memory element and may have an N / P / N structure 1125 or a P / N / P structure as a switching element.

MTJ(1123)와 N/P/N 구조(1125)는 직렬로 연결되고 각각의 일단은 워드라인(1100, 1103, 1105, 1107) 및 비트라인(1110, 1113, 1115)에 연결될 수 있다.The MTJ 1123 and the N / P / N structure 1125 may be connected in series and each end thereof may be connected to the word lines 1100, 1103, 1105, and 1107 and the bit lines 1110, 1113, and 1115.

도 14에서는 설명의 편의상 P/N/P 구조를 제외한 N/P/N 구조(1125)를 스위칭 소자로 사용한 메모리 셀 구조만을 도시한다.In FIG. 14, only the memory cell structure using the N / P / N structure 1125 as the switching element is illustrated for convenience of description.

본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동을 하는 N/P/N 구조(1125)는 N타입 제3 도핑층 및 N타입 제1 도핑층의 도핑 농도가 P타입 제2 도핑층의 도핑 농도보다 높은 농도를 가질 수 있다. In the bidirectional driving N / P / N structure 1125 according to an embodiment of the present invention, the doping concentration of the N-type third doping layer and the N-type first doping layer is higher than that of the P-type second doping layer. May have a concentration.

N타입 제1 도핑층 및 N타입 제3 도핑층의 농도는 동일한 범위에 있거나 N타입 제1 도핑층 또는 N타입 제3 도핑층 중 하나의 도핑층의 농도가 더 높은 구조를 가질 수 있다.The concentration of the N-type first doped layer and the N-type third doped layer may be in the same range or may have a higher concentration of one of the N-type first doped layer or the N-type third doped layer.

동일한 비트 라인에 복수개의 STT-MRAM 셀의 N/P/N 구조가 포함될 수 있고, 동일한 워드 라인에 복수개의 MTJ가 포함될 수 있다. N / P / N structures of a plurality of STT-MRAM cells may be included in the same bit line, and a plurality of MTJs may be included in the same word line.

MTJ(1123)와 N/P/N 구조(1125)를 포함한 특정 셀(1127)을 선택하여 데이터를 기록하는 경우, 특정 셀(1127)의 비트 라인(1110)에 구동 전압 2V를 인가하고 특정 셀의 워드 라인(1100)에 0V의 전압을 인가하여 자화반전 임계 전류값 이상의 전류를 흘려 자화 방향을 반전시킬 수 있다. In the case where a specific cell 1127 including the MTJ 1123 and the N / P / N structure 1125 is selected to write data, the driving voltage 2V is applied to the bit line 1110 of the specific cell 1127 and the specific cell is written. The magnetization direction may be reversed by applying a voltage of 0 V to the word line 1100 of the device to flow a current equal to or greater than the magnetization inversion threshold current value.

특정 셀(1127)을 제외한 비선택된 셀의 비트 라인(1113, 1115)에는

Figure pat00018
의 전압을 걸고 비선택된 셀의 워드 라인(1103, 1105, 1107)에는
Figure pat00019
의 전압을 인가하여 비선택된 셀로 많은 전류가 흐르는 것을 방지하여 On/Off Ratio를 높힐 수 있다.Bit lines 1113 and 1115 of unselected cells except for specific cells 1127 are included in the bit lines 1113 and 1115.
Figure pat00018
Word lines 1103, 1105 and 1107 of unselected cells
Figure pat00019
The on / off ratio can be increased by preventing a large current from flowing to the unselected cells by applying a voltage of.

또한, 특정 셀(1127)을 선택하여 데이터를 소거하는 경우, 특정 셀(1127)의 워드 라인(1100)에 구동 전압 2V를 인가하고 특정 셀의 비트 라인(1110)에 0V의 전압을 인가하여 자화반전 임계 전류값 이상의 전류를 흘려 자화 방향을 반전시킬 수 있다. In addition, when the specific cell 1127 is selected to erase data, the magnetization is performed by applying a driving voltage of 2V to the word line 1100 of the specific cell 1127 and applying a voltage of 0V to the bit line 1110 of the specific cell. The magnetization direction can be reversed by flowing a current equal to or greater than the inversion threshold current value.

특정 셀(1127)을 제외한 비선택된 셀의 워드 라인(1103, 1105, 1107)에는

Figure pat00020
의 전압을 걸고 비선택된 셀의 비트 라인(1113, 1115)에는
Figure pat00021
의 전압을 인가하여 비선택된 셀로 많은 전류가 흐르는 것을 방지하여 On/Off Ratio를 높힐 수 있다.Word lines 1103, 1105, and 1107 of unselected cells except for specific cells 1127 are included in the word lines 1103, 1105, and 1107.
Figure pat00020
Bit lines 1113 and 1115 of unselected cells
Figure pat00021
The on / off ratio can be increased by preventing a large current from flowing to the unselected cells by applying a voltage of.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 메모리는 복수개의 워드라인 및 비트라인을 포함하고 스위칭 소자 및 저항성 메모리 소자를 포함하는 메모리 셀은 동일한 비트라인을 공유하되 상이한 워드라인을 가지거나, 동일한 워드라인을 공유하되 상이한 비트라인을 가지면서 배열될 수 있다. 또한, 스위칭 소자의 일단은 비트라인에 연결되고 저항성 메모리 소자의 일단은 워드라인에 연결될 수 있다.That is, a memory according to an embodiment of the present invention includes a plurality of word lines and bit lines, and memory cells including a switching element and a resistive memory element share the same bit line but have different word lines or the same word line. Can be arranged with different bit lines. In addition, one end of the switching element may be connected to the bit line and one end of the resistive memory element may be connected to the word line.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 RRAM 어레이를 나타낸 개념도이다. 15 is a conceptual diagram illustrating an RRAM array according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, RRAM 어레이는 복수개의 워드라인 WL1~WL4(1200, 1203, 1205, 1207), 복수개의 비트라인 BL1~BL3(1210, 1213, 1215) 및 RRAM 셀(1220)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15, the RRAM array may include a plurality of word lines WL1 to WL4 1200, 1203, 1205 and 1207, a plurality of bit lines BL1 to BL3 1210, 1213 and 1215, and an RRAM cell 1220. have.

RRAM 셀(1220)은 메모리 소자로써 가변 저항 소자 기능을 수행하는 RRAM 소자(1223)와 N/P/N 구조(1225)가 직렬로 연결되고 각각의 일단이 각각 워드 라인(1200, 1203, 1205, 1207) 및 비트 라인(1210, 1213, 1215)에 연결되는 형태로 나타난다.The RRAM cell 1220 is a memory device, in which an RRAM device 1223 and a N / P / N structure 1225 are connected in series and each end thereof has word lines 1200, 1203, 1205, 1207 and bit lines 1210, 1213, and 1215.

N/P/N 구조(1225)는 비트라인과 워드라인 사이에 인가되는 전압차이에 따라 상기 도 11 내지 도 13에 개시된 회로로 모델링될 수 있다. 따라서, 읽기 동작 또는 쓰기 동작시에 필요한 전압의 레벨에 따라 N/P/N 구조(1225)는 양방향 스위칭의 특성을 나타낸다.The N / P / N structure 1225 may be modeled with the circuits disclosed in FIGS. 11 to 13 according to voltage differences applied between bit lines and word lines. Thus, depending on the level of voltage required during a read or write operation, the N / P / N structure 1225 exhibits bidirectional switching characteristics.

RRAM 소자(1223)를 사용할 수 있고 스위칭 소자로써 N/P/N 구조(1225) 또는 P/N/P 구조를 가질 수 있다.The RRAM element 1223 may be used and may have an N / P / N structure 1225 or a P / N / P structure as a switching element.

본 발명의 일실시예에 따른 양방향 구동을 하는 N/P/N 구조(1225)는 제3 N형 도핑층 및 제1 N형 도핑층의 도핑 농도가 제2 P형 도핑층의 도핑 농도보다 높은 농도를 가질 수 있다. In the bidirectional driving N / P / N structure 1225 according to an embodiment of the present invention, the doping concentration of the third N-type doping layer and the first N-type doping layer is higher than that of the second P-type doping layer. May have a concentration.

제3 N형 도핑층 및 제1 N형 도핑층의 농도는 동일한 범위에 있거나 제3 N형 도핑층 또는 제1 N형 도핑층 중 하나의 도핑층의 농도가 더 높은 구조를 가질 수 있다.The concentration of the third N-type doping layer and the first N-type doping layer may be in the same range or may have a higher concentration of one of the third N-type doping layer or the first N-type doping layer.

동일한 비트 라인에 복수개의 RRAM 셀의 N/P/N 구조가 포함될 수 있고, 동일한 워드 라인에 복수개의 RRAM 메모리 소자가 포함될 수 있다. N / P / N structures of a plurality of RRAM cells may be included in the same bit line, and a plurality of RRAM memory elements may be included in the same word line.

STT-MRAM과 동일한 방법으로 RRAM 소자(1223)와 N/P/N 구조(1225)를 포함한 특정 셀(1227)을 선택하여 데이터를 기록하는 경우, 특정 셀(1227)의 비트 라인(1210)에 구동 전압 2V를 인가하고 특정 셀의 워드 라인(1200)에 0V의 전압을 인가하여 자화반전 임계 전류값 이상의 전류를 흘려 자화 방향을 반전시킬 수 있다. When a specific cell 1227 including the RRAM element 1223 and the N / P / N structure 1225 is selected and written in the same manner as the STT-MRAM, data is written to the bit line 1210 of the specific cell 1227. The magnetization direction may be reversed by applying a driving voltage of 2V and applying a voltage of 0V to the word line 1200 of a specific cell to flow a current equal to or greater than the magnetization inversion threshold current value.

특정 셀(1227)을 제외한 비선택된 셀의 비트 라인(1213, 1215)에는

Figure pat00022
의 전압을 걸고, 비선택된 셀의 워드 라인(1203, 1205, 1207)에는
Figure pat00023
의 전압을 인가하여 비선택된 셀로 많은 전류가 흐르는 것을 방지하여 On/Off Ratio를 높힐 수 있다.Bit lines 1213 and 1215 of unselected cells except for specific cells 1227 are included in the bit lines 1213 and 1215.
Figure pat00022
At a voltage of, the word lines 1203, 1205 and 1207 of the unselected cells are
Figure pat00023
The on / off ratio can be increased by preventing a large current from flowing to the unselected cells by applying a voltage of.

또한, 특정 셀(1227)을 선택하여 데이터를 소거하는 경우, 특정 셀(1227)의 워드 라인(1200)에 구동 전압 2V를 인가하고 특정 셀의 비트 라인(1210)에 0V의 전압을 인가하여 자화반전 임계 전류값 이상의 전류를 흘려 자화 방향을 반전시킬 수 있다. In addition, when data is erased by selecting a specific cell 1227, the magnetization is performed by applying a driving voltage of 2V to the word line 1200 of the specific cell 1227 and applying a voltage of 0V to the bit line 1210 of the specific cell. The magnetization direction can be reversed by flowing a current equal to or greater than the inversion threshold current value.

특정 셀(1227)을 제외한 비선택된 셀의 워드 라인(1203, 1205, 1207)에는

Figure pat00024
의 전압을 걸고, 비선택된 셀의 비트 라인(1213, 1215)에는
Figure pat00025
의 전압을 인가하여 비선택된 셀로 많은 전류가 흐르는 것을 방지하여 On/Off Ratio를 높힐 수 있다.Word lines 1203, 1205, and 1207 of unselected cells except for specific cells 1227 are included in the word lines 1203, 1205, and 1207.
Figure pat00024
Is applied to the bit lines 1213 and 1215 of the unselected cells.
Figure pat00025
The on / off ratio can be increased by preventing a large current from flowing to the unselected cells by applying a voltage of.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 메모리는 복수개의 워드라인 및 비트라인을 포함하고 스위칭 소자 및 저항성 메모리 소자를 포함하는 메모리 셀은 동일한 비트라인을 공유하되 상이한 워드라인을 가지거나, 동일한 워드라인을 공유하되 상이한 비트라인을 가지면서 배열될 수 있다. 또한, 스위칭 소자의 일단은 비트라인에 연결되고 저항성 메모리 소자의 일단은 워드라인에 연결될 수 있다.That is, a memory according to an embodiment of the present invention includes a plurality of word lines and bit lines, and memory cells including a switching element and a resistive memory element share the same bit line but have different word lines or the same word line. Can be arranged with different bit lines. In addition, one end of the switching element may be connected to the bit line and one end of the resistive memory element may be connected to the word line.

본 발명의 일실시예에 따르면 메모리에서 읽기 및 쓰기 동작을 수행하기 위해 워드 라인 및 비트 라인에 인가한 구동 전압은 달라질 수 있으며 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 상이한 구동 전압으로 메모리의 읽기 및 쓰기 동작을 수행하는 본 발명의 실시 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다. According to an embodiment of the present invention, the driving voltage applied to the word line and the bit line to perform the read and write operations in the memory may be different, and the read and write of the memory with different driving voltages are not removed from the nature of the present invention. Implementation of the invention to perform the operation is also included in the scope of the invention.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.

200 : MTJ 201 : 고정 강자성층
203 : 터널 접합층 205 : 가변 강자성층
700 : Si 기판 710 : Oxide 박막
720 : N/P/N 구조
200: MTJ 201: fixed ferromagnetic layer
203: Tunnel junction layer 205: Variable ferromagnetic layer
700 Si substrate 710 Oxide thin film
720: N / P / N structure

Claims (11)

양방향 구동 특성을 가지는 메모리에 있어서,
반도체 기판상에 제1 타입의 불순물로 도핑된 제1 도핑층;
상기 제1 도핑층에 적층되도록 제2 타입의 불순물-상기 제2 타입의 불순물은 상기 제1 타입의 불순물과 상이함-로 도핑된 제2 도핑층; 및
상기 제2 도핑층에 적층되도록 상기 제1 타입의 불순물로 도핑된 제3 도핑층으로 이루어진 양방향 구동 특성을 가지는 스위칭 소자; 및
상기 제3 도핑층과 도전성 연결 구조를 통하여 연결된 저항성 메모리 소자를 가지는 메모리 셀을 포함하되,
상기 제1 도핑층 및 상기 제3 도핑층의 도핑 농도가 상기 제2 도핑층의 농도보다 높은 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
In a memory having a bidirectional driving characteristic,
A first doped layer doped with a first type of impurity on the semiconductor substrate;
A second doped layer doped with a second type of impurity such that the second type of impurity is different from the first type of impurity so as to be stacked on the first doped layer; And
A switching element having a bidirectional driving characteristic comprising a third doped layer doped with impurities of the first type so as to be stacked on the second doped layer; And
Including a memory cell having a resistive memory device connected to the third doped layer through a conductive connection structure,
2. The memory of claim 1, wherein the doping concentrations of the first doped layer and the third doped layer have a higher doping concentration than that of the second doped layer.
제1항에 있어서, 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는,
상기 제1 타입의 불순물은 N 타입 불순물이고, 상기 제2 타입의 불순물은 P 타입 불순물인 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The memory device of claim 1, wherein the memory having the bidirectional driving characteristic comprises:
And the first type of impurity is an N type impurity and the second type of impurity is a P type impurity.
제1항에 있어서, 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는,
상기 제1 타입의 불순물은 P 타입 불순물이고, 상기 제2 타입의 불순물은 N 타입 불순물인 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The memory device of claim 1, wherein the memory having the bidirectional driving characteristic comprises:
And the first type of impurity is a P type impurity, and the second type of impurity is an N type impurity.
제1항에 있어서, 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는,
상기 제1 도핑층 및 상기 제3 도핑층의 도핑 농도의 차이가 소정 값 이하인 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The memory device of claim 1, wherein the memory having the bidirectional driving characteristic comprises:
And a difference between a doping concentration between the first doped layer and the third doped layer is less than or equal to a predetermined value.
제1항에 있어서, 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는,
상기 제1 도핑층 및 상기 제3 도핑층의 도핑 농도 중 적어도 하나의 도핑층의 농도가 다른 하나의 도핑층의 농도보다 높은 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The memory device of claim 1, wherein the memory having the bidirectional driving characteristic comprises:
And at least one of the doping concentrations of the first and third doping layers has a higher doping concentration than that of the other doping layer.
제1항에 있어서, 상기 제1 도핑층, 상기 제2 도핑층 및 상기 제3 도핑층은,
4족 원소 기반의 반도체 기판에 도핑되어 형성되는 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The method of claim 1, wherein the first doped layer, the second doped layer and the third doped layer,
A memory having bidirectional driving characteristics, wherein the memory is doped to a group 4 element-based semiconductor substrate.
제6항에 있어서, 상기 4족 원소 기반의 반도체 기판은,
Silicon, Poly-Silicon, Ge, SiGe 및 GaAs 중 적어도 하나로 제작된 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The semiconductor substrate of claim 6, wherein the Group 4 element-based semiconductor substrate
A memory having a bidirectional driving characteristic, characterized in that the semiconductor substrate made of at least one of Silicon, Poly-Silicon, Ge, SiGe and GaAs.
제1항에 있어서, 상기 저항성 메모리 소자는,
MTJ(Magetic Tunneling Junction)이고 상기 MTJ에 포함된 가변 강자성층의 자화 방향 변화를 이용해서 데이터를 읽고 쓰는 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The memory device of claim 1, wherein the resistive memory device comprises:
A memory having a bidirectional driving characteristic, which is a MTJ (Magetic Tunneling Junction) and reads and writes data using a change in magnetization direction of a variable ferromagnetic layer included in the MTJ.
제1항에 있어서, 상기 저항성 메모리 소자는,
MTJ(Magetic Tunneling Junction), RRAM(Resistive RAM) 메모리 소자, PRAM(Phase-Change RAM) 메모리 소자 및 PoRAM(Polymer RAM) 메모리 소자 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The memory device of claim 1, wherein the resistive memory device comprises:
A memory having a bidirectional driving characteristic comprising one of a MTJ (Magetic Tunneling Junction), a RRAM (Resistive RAM) memory element, a Phase-Change RAM (PRAM) memory element, and a Polymer RAM (PoRAM) memory element.
제1항에 있어서, 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는,
적어도 하나의 워드라인 및 적어도 하나의 비트라인을 포함하고 상기 스위칭 소자 및 상기 저항성 메모리 소자를 포함하는 메모리 셀은 동일한 비트라인을 공유하되 상이한 워드라인을 가지거나, 동일한 워드라인을 공유하되 상이한 비트라인을 가지면서 배열되는 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The memory device of claim 1, wherein the memory having the bidirectional driving characteristic comprises:
Memory cells including at least one word line and at least one bit line and including the switching element and the resistive memory element share the same bit line but have different word lines or share the same word line but different bit lines Memory having a bidirectional driving characteristic, characterized in that arranged with.
제10항에 있어서, 상기 양방향 구동 특성을 가지는 메모리는,
상기 스위칭 소자의 일단은 상기 비트라인에 연결되고 상기 저항성 메모리 소자의 일단은 워드라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 구동 특성을 가지는 메모리.
The memory of claim 10, wherein the memory having the bidirectional driving characteristic includes:
Wherein one end of the switching element is connected to the bit line and one end of the resistive memory element is connected to a word line.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9424905B2 (en) 2013-12-05 2016-08-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of operating semiconductor memory device

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US9424905B2 (en) 2013-12-05 2016-08-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of operating semiconductor memory device
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