KR20170009660A - Non-volatile memory device based on variable resistance - Google Patents

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KR20170009660A
KR20170009660A KR1020150102045A KR20150102045A KR20170009660A KR 20170009660 A KR20170009660 A KR 20170009660A KR 1020150102045 A KR1020150102045 A KR 1020150102045A KR 20150102045 A KR20150102045 A KR 20150102045A KR 20170009660 A KR20170009660 A KR 20170009660A
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이미정
서영대
김채원
고무석
조안재
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국민대학교산학협력단
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    • H01L2924/1443Non-volatile random-access memory [NVRAM]

Abstract

The present invention relates to a nonvolatile memory element using a resistance change. According to an embodiment of the present invention, provided is a nonvolatile memory element including: at least one first wire structure including a first surface layer of an aluminum oxide in at least one part; and at least one second wire structure including a second surface layer of a carbon inclusion, touching the first surface layer of the aluminum oxide, in at least one part. A reversible electrochemical reaction product is generated or eliminated between carbon of the carbon inclusion and the aluminum oxide, on a contact interface between the second surface layer of the second wire structure and the first surface layer of the first wire structure depending on a current or potential applied to the first and second wire structures. The nonvolatile memory element has at least two resistance levels in order to control the size of the current, flowing along the first and second wire structures, according as the reversible electrochemical reaction product is generated or eliminated.

Description

저항 변화를 이용한 비휘발성 메모리 소자{Non-volatile memory device based on variable resistance}[0001] The present invention relates to a non-volatile memory device,

본 발명은 메모리 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 저항 변화를 이용한 비휘발성 메모리 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a memory device, and more particularly, to a nonvolatile memory device using a resistance change.

최근, 디지털 카메라, MP3 플레이어, PDA(personal digital assistants) 및 휴대폰과 같은 휴대용 디지털 응용 기기들의 수요가 증가하면서 비휘발성 메모리 시장은 급속도로 팽창하고 있다. 프로그래밍 가능한 비휘발성 메모리 소자로서 낸드(NAND) 플래시 메모리가 대표적이며, 이를 대체할 수 있는 비휘발성 메모리 소자로서 가역적으로 저항 값이 변하는 가변 저항체를 이용한 저항성 메모리 소자(ReRAM)가 주목을 받고 있다.2. Description of the Related Art In recent years, the nonvolatile memory market is rapidly expanding as demand for portable digital applications such as digital cameras, MP3 players, personal digital assistants (PDAs), and mobile phones increases. As a programmable nonvolatile memory device, a NAND flash memory is a typical example. A nonvolatile memory device that can replace the nonvolatile memory device has been attracting attention as a resistive memory device (ReRAM) using a variable resistor whose resistance value changes reversibly.

상기 가변 저항체의 저항 값이라는 물리적 특성을 그 자체로 데이터 상태로서 이용할 수 있고 저전력 구동이 가능하므로 셀 구성이 단순화된 저전력 메모리 소자를 구현할 수 있다. 그러나, 전형적인 저항성 메모리 소자는 금속-절연층-금속(MIM)의 적층 구조로 제조되기 때문에, 상기 절연층을 형성하기 위하여 고온의 산화 공정이 요구된다. 이러한 고온의 산화 공정은 고온 공정이 어려운 고분자 소자의 적용을 어렵게 하여 플렉시블 소자와 같은 새로운 응용의 제한 요소가 되고 있다. 대안적 기술로서, 상기 절연층을 용액 기반의 습식 코팅을 이용한 저온 공정이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 습식 공정은 신뢰성 있고 균일한 절연층을 얻기 어려워, 실제 비휘발성 메모리 소자로의 응용이 제한된다.It is possible to realize a low power memory device in which the cell configuration can be simplified since the physical property of the resistance value of the variable resistor can be used as a data state itself and low power driving is possible. However, since a typical resistive memory element is fabricated by a lamination structure of metal-insulator-metal (MIM), a high-temperature oxidation process is required to form the insulator layer. Such a high-temperature oxidation process makes it difficult to apply a polymer device which is difficult to process at a high temperature, and thus becomes a limiting factor for a new application such as a flexible device. As an alternative, a low temperature process using the solution-based wet coating of the insulating layer has been proposed. However, such a wet process is difficult to obtain a reliable and uniform insulating layer, and its application to practical nonvolatile memory devices is limited.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 고온의 산화 공정이나 습식 코팅에 의한 복잡한 절연층의 형성 공정이 없이도 가역적으로 변하는 2 개 이상의 저항값 레벨을 가짐으로써 공정 효율과 함께 신뢰성 있는 동작이 가능한 비휘발성 메모리 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which has two or more resistance value levels reversibly changing without a complicated insulating layer formation process by a high- And to provide a volatile memory device.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자는, 적어도 일부에 알루미늄 산화물의 제 1 표면층을 갖는 적어도 하나 이상의 제 1 배선 구조체; 및 적어도 일부에 상기 알루미늄 산화물의 제 1 표면층과 접촉하는 탄소 함유물의 제 2 표면층을 갖는 적어도 하나 이상의 제 2 배선 구조체를 포함하며, 상기 제 1 배선 구조체와 상기 제 2 배선 구조체에 인가되는 전위 또는 전류에 따라 상기 제 1 배선 구조체의 상기 제 1 표면층과 상기 제 2 배선 구조체의 상기 제 2 표면층의 접촉 계면에, 상기 알루미늄 산화물과 상기 탄소 함유층의 탄소 사이에 가역적 전기화학적 반응 생성물이 생성 또는 소멸된다. 상기 가역적 전기화학적 반응 생성물의 생성 또는 소멸에 따라, 상기 제 1 배선 구조체와 상기 제 2 배선 구조체를 따라 흐르는 전류의 크기가 제어되도록 적어도 2 이상의 저항값 레벨이 제공될 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile memory device comprising: at least one first wiring structure having a first surface layer of aluminum oxide on at least a part thereof; And at least one second wiring structure having a second surface layer of a carbon-containing material in contact with the first surface layer of the aluminum oxide at least in part, wherein at least one of the first wiring structure and the second surface structure has a potential or current , A reversible electrochemical reaction product is generated or extinguished between the aluminum oxide and the carbon of the carbon-containing layer at the contact interface between the first surface layer of the first wiring structure and the second surface layer of the second wiring structure. At least two resistance levels may be provided to control the magnitude of the current flowing along the first and second wiring structures according to the generation or disappearance of the reversible electrochemical reaction product.

일 실시예에서, 상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 적어도 하나는 선형 구조를 가질 수 있다. 상기 제 1 배선 구조체는 하지의 알루미늄층 또는 알루미늄 코어 및 상기 알루미늄층 및 상기 알루미늄 코어 상의 상기 알루미늄 산화물을 포함하고, 상기 제 2 배선 구조체는 탄소 섬유를 포함할 수 있다.In one embodiment, at least one of the first wiring structure and the second wiring structure may have a linear structure. The first wiring structure may include an underlying aluminum layer or aluminum core, the aluminum layer and the aluminum oxide on the aluminum core, and the second wiring structure may include carbon fibers.

상기 알루미늄층은 습식 코팅, 전해 도금 및 무전해 도금되어 형성될 수 있다. 상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 어느 하나는 면상 구조를 가질 수 있다. 상기 면상 구조를 갖는 제 1 배선 구조체는 알루미늄 필름, 알루미늄 포일 또는 알루미늄 시트 구조를 가질 수 있다.The aluminum layer may be formed by wet coating, electrolytic plating, and electroless plating. Either one of the first wiring structure and the second wiring structure may have a planar structure. The first wiring structure having the planar structure may have an aluminum film, an aluminum foil or an aluminum sheet structure.

상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 다른 하나는 선형 구조를 가질 수 있다. 상기 알루미늄 산화물은 자연 산화막일 수 있다. 상기 가역적 전기화학적 반응 생성물은 알루미늄카본산화물을 포함할 수 있다. 상기 알루미늄카본산화물은 Al4O4C, 및 Al2OC 중 어느 하나 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 알루미늄카본산화물은 Al4O4C을 포함할 수 있으며, 상기 비휘발성 메모리 소자는, 상기 Al4O4C이 생성될 때 저저항 레벨을 갖고, 상기 Al4O4C이 소멸될 때 고저항 레벨을 갖는다. 상기 비휘발성 메모리 소자의 셋 전압은 음의 바이어스 영역 내이고 리셋 전압은 양의 바이어스 영역 내이다. And the other of the first wiring structure and the second wiring structure may have a linear structure. The aluminum oxide may be a natural oxide film. The reversible electrochemical reaction product may comprise an aluminum carbon oxide. The aluminum carbon oxide may include any one of Al 4 O 4 C, and Al 2 OC, or a mixture thereof. Preferably, the aluminum carbon oxide may include Al 4 O 4 C, the non-volatile memory device has a low resistance level when the Al 4 O 4 C is generated, and the Al 4 O 4 C And has a high resistance level when it is destroyed. The set voltage of the nonvolatile memory element is in the negative bias region and the reset voltage is in the positive bias region.

상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체는 직조, 짜임, 부직포 또는 이의 조합된 구조를 가질 수 있다. 상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 어느 하나가 다른 하나를 감싸거나 서로 감싸는 비휘발성 메모리 소자.The first wiring structure and the second wiring structure may have a woven structure, a weave, a nonwoven fabric, or a combination structure thereof. Wherein one of the first wiring structure and the second wiring structure surrounds the other or surrounds the other.

상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체의 접촉 상태를 유지시키기 위해 상기 상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 적어도 어느 하나에 결합되는 지지체가 더 제공될 수 있다.A support may be further provided to be coupled to at least one of the first wiring structure and the second wiring structure to maintain contact between the first wiring structure and the second wiring structure.

상기 지지체 내에 상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체가 매립될 수 있다. 또한, 상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 적어도 하나는 상기 지지체를 쓰레딩하여 상기 지지체에 결합될 수 있다. 상기 지지체는 직물, 부직포, 플렉시블 절연성 시트 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 배선 구조체들은 메모리 셀 어레이를 형성하고, 상기 지지체 내에 상기 메모리 셀 어레이의 구동을 위한 주변 회로가 실장될 수 있다. 상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체는 플렉시블할 수 있다.The first wiring structure and the second wiring structure may be embedded in the support. At least one of the first wiring structure and the second wiring structure may be coupled to the support by threading the support. The support may comprise a fabric, a nonwoven fabric, a flexible insulating sheet or a combination thereof. In one embodiment, the first and second wiring structures form a memory cell array, and peripheral circuits for driving the memory cell array can be mounted in the support. The first wiring structure and the second wiring structure may be flexible.

일 실시예에 따르면, 알루미늄 산화물층 및 상기 알루미늄 산화물층에 접촉하는 탄소층 사이의 가역적 전기화학적 반응 생성물의 생성 또는 소멸에 따라 적어도 2 이상의 저항값 레벨을 제공하는 메모리 셀을 포함하는 비휘발성 메모리 소자가 제공될 수 있다.According to one embodiment, there is provided a non-volatile memory device comprising a memory cell that provides a resistance level of at least two as a result of the generation or dissipation of a reversible electrochemical reaction product between an aluminum oxide layer and a carbon layer in contact with the aluminum oxide layer. May be provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 배선 구조체의 알루미늄 산화물의 제 1 표면층과 제 2 배선 구조체의 탄소 함유물의 제 2 표면층을 서로 접촉하여 접촉 계면을 형성한 후, 적합한 전위차를 인가하거나 전류를 흐르게 하여, 상기 접촉 계면에 가역적 전기화학적 반응 생성물을 형성함으로써, 배선 구조체 사이에 다른 산화막과 같은 이종의 절연층을 형성하지 않고서도, 적어도 2 이상의 저항값 레벨이 제공될 수 있는 비휘발성 메모리 소자가 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after forming the contact interface by contacting the first surface layer of the aluminum oxide of the first wiring structure and the second surface layer of the carbon containing material of the second wiring structure to each other, Volatile memory device in which a resistance value level of at least two can be provided without forming a different kind of insulating layer such as another oxide film between the wiring structures by forming a reversible electrochemical reaction product on the contact interface Can be provided.

도 1a 내지 1c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자들의 단위 셀들을 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 블록도이며, 도 2b는 도 2a의 메모리 셀 어레이를 도시하는 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 셀 어레이를 도시하는 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메모리 셀 어레이를 도시하는 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 계면을 갖는 알루미늄 필름의 1 배선 구조체와 탄소 섬유의 제 2 배선 구조체를 포함하는 비휘발성 메모리 소자의 전류-전압의 전기적 특성을 나타내는 그래프이며, 도 5b는 도 5a의 비휘발성 메모리 소자의 사이클 신뢰성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 알루미늄 필름인 제 1 배선 구조체와 탄소 섬유인 제 2 배선 구조체의 접촉 계면에서의 전압 구동에 의한 전기화학적 반응에 따른 조성 변화를 도시하는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7d는 XPS 분석에 의한 기준값으로서 알루미늄 필름(Al reference), 알루미늄 필름과 접촉만 한 상태(Initial), 셋 상태(SET) 및 리셋 상태(RESET)의 Al2p 피크를 나타내는 그래프이다.
도 8a 내지 도 8d는 기준값으로서 알루미늄 필름(Al reference), 알루미늄 필름과 접촉만 한 상태(Initial), 셋 상태(SET) 및 리셋 상태(RESET)의 C1s 피크를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 전자 시스템을 도시하는 블록도이다.
Figures 1A-1C illustrate unit cells of non-volatile memory devices according to various embodiments of the present invention.
FIG. 2A is a block diagram of a non-volatile memory device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a perspective view illustrating the memory cell array of FIG. 2A.
3A and 3B are perspective views showing a memory cell array according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are perspective views showing a memory cell array according to another embodiment of the present invention.
5A is a graph showing electric characteristics of a current-voltage of a non-volatile memory device including a first wiring structure of an aluminum film having a contact interface and a second wiring structure of carbon fibers according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B Is a graph showing the cycle reliability of the non-volatile memory device of FIG. 5A.
FIG. 6 is a graph showing a composition change due to an electrochemical reaction by voltage driving at a contact interface between a first wiring structure, which is an aluminum film, and a second wiring structure, which is a carbon fiber.
Figs. 7A to 7D are graphs showing Al2p peaks in an initial state (Initial), a set state (SET), and a reset state (RESET) only in contact with an aluminum film (Al reference), an aluminum film as reference values by XPS analysis.
8A to 8D are graphs showing C1s peaks of an Al film, Al film, Initial state, SET state and Reset state RESET, respectively, as reference values.
9 is a block diagram illustrating an electronic system including a non-volatile memory device in accordance with one embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, The present invention is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

도면에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Like numbers refer to like elements in the drawings. Also, as used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of any of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수로 기재되어 있다 하더라도, 문맥상 단수를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terms used herein are used to illustrate the embodiments and are not intended to limit the scope of the invention. Also, although described in the singular, unless the context clearly indicates a singular form, the singular forms may include plural forms. Also, the terms "comprise" and / or "comprising" used herein should be interpreted as referring to the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements and / And does not exclude the presence or addition of other features, numbers, operations, elements, elements, and / or groups.

본 명세서에서 기판 또는 다른 층 "상에(on)" 형성된 층에 대한 언급은 상기 기판 또는 다른 층의 바로 위에 형성된 층을 지칭하거나, 상기 기판 또는 다른 층 상에 형성된 중간 층 또는 중간 층들 상에 형성된 층을 지칭할 수도 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다.Reference herein to a layer formed "on" a substrate or other layer refers to a layer formed directly on top of the substrate or other layer, or may be formed on intermediate or intermediate layers formed on the substrate or other layer Layer. ≪ / RTI > It will also be appreciated by those skilled in the art that structures or shapes that are "adjacent" to other features may have portions that overlap or are disposed below the adjacent features.

본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 소자의 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다.As used herein, the terms "below," "above," "upper," "lower," "horizontal," or " May be used to describe the relationship of one constituent member, layer or regions with other constituent members, layers or regions, as shown in the Figures. It is to be understood that these terms encompass not only the directions indicated in the Figures but also the other directions of the devices.

본 명세서에서, 사용되는 "적어도 하나 이상의 배선 구조체들"이란 용어는 개별적 액세스가 가능하거나 그룹핑되어 액세스 가능한 도전체들을 지칭한다. 상기 도전체들은 선형 구조체 또는 면상 구조체를 가지며, 상기 선형 구조체란 용어는 1 차원적으로 선형 확장되어 다른 구조체들과 점 접촉 또는 선 접촉을 할 수 있는 적합한 종횡비를 갖는 구조체를 지칭한다. 상기 면상 구조체란 용어는 2차원적으로 확장되어 상기 선형 구조체와 선 접촉할 수 있도록 적합한 면적을 갖는 구조체를 지칭한다.As used herein, the term "at least one wiring structure" refers to conductors that are individually accessible or grouped and accessible. The conductors have a linear structure or an area structure, and the term linear structure refers to a structure having an appropriate aspect ratio that can linearly expand linearly one-dimensionally to make point contact or line contact with other structures. The term planar structure refers to a structure having a suitable area that is two-dimensionally extended to make line contact with the linear structure.

상기 선형 구조체는 어느 일 방향으로 연장되는 것에 한정되는 것은 아니며, 굴절, 절곡, 회전, 감김, 나선, 미언더, 겹침, 꼬기 또는 이의 조합과 같은 다양한 연장 방향의 조작이 가능하다. 마찬가지로, 상기 면상 구조체는 평탄하게 확장되는 것에 한정되지 않으며, 굴절, 휘기, 구김, 말림, 겹침, 접기, 또는 꺽기와 같은 다양한 확장 방향의 조작이 가능하다. 이러한 조작은 웨어러블 소자와 형상 변화가 요구되는 전자 장치에 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자가 응용될 수 있도록 한다.The linear structure is not limited to one extending in one direction, and it is possible to perform various extending directions such as bending, bending, rotating, winding, spiraling, meandering, lapping, twisting, or a combination thereof. Likewise, the planar structure is not limited to being flatly extended, and it is possible to manipulate various extending directions such as bending, bending, twisting, curling, overlapping, folding, or bending. This operation enables nonvolatile memory devices according to embodiments of the present invention to be applied to wearable devices and electronic devices requiring a change in shape.

이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간 구조들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명될 것이다. 이들 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다.In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to cross-sectional views schematically illustrating ideal embodiments (and intermediate structures) of the present invention. In these figures, for example, the size and shape of the members may be exaggerated for convenience and clarity of explanation, and in actual implementation, variations of the illustrated shape may be expected. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions shown herein. In addition, reference numerals of members in the drawings refer to the same members throughout the drawings.

도 1a 내지 1c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자들의 단위 셀들(10A, 10B, 10C)을 나타낸다.1A-1C illustrate unit cells 10A, 10B, and 10C of non-volatile memory devices in accordance with various embodiments of the present invention.

도 1a를 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(10A)는 제 1 배선 구조체(1A) 및 제 1 배선 구조체(1A)과 접촉하는 제 2 배선 구조체(2)를 포함한다. 제 1 배선 구조체(1A)는 면상 구조를 가질 수 있으며, 도 1a에는 평면 구조가 예시되어 있다. 상기 평면 구조는 예를 들면 필름일 수 있다.1A, a nonvolatile memory device 10A includes a first wiring structure 1A and a second wiring structure 2 in contact with the first wiring structure 1A. The first wiring structure 1A may have a planar structure, and a planar structure is illustrated in Fig. The planar structure may be, for example, a film.

제 2 배선 구조체(2)는 선형 구조를 가질 수 있으며, 직선 구조가 예시되어 있다. 상기 선형 구조는 예를 들면 와이어 또는 섬유일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 배선 구조체(2)는 상기 직선 구조에 한정되지 않으며, 굴절, 절곡, 회전, 감김, 나선, 미언더, 겹침, 꼬기 또는 이의 조합과 같은 다양한 연장 방향의 조작된 구조를 가질 수 있다. 심지어, 제 2 배선 구조체(2)는 제 1 배선 구조체(1A)를 쓰레딩하거나 둘러쌀 수도 있다. 또는 그 반대일 수도 있다.The second wiring structure 2 may have a linear structure, and a linear structure is exemplified. The linear structure may be, for example, wire or fiber. In another embodiment, the second wiring structure 2 is not limited to the straight line structure, but may be formed by a variety of extending directional structures such as bending, bending, rotating, winding, spiraling, meandering, overlapping, twisting, Lt; / RTI > Even the second wiring structure 2 may thread or surround the first wiring structure 1A. Or vice versa.

제 1 배선 구조체(1A)에 제 2 배선 구조체(2)는 선 접촉을 할 수 있으며, 이러한 선 접촉에 의해 정의되는 접촉 계면(CI)은 수 nm 내지 수 ㎛의 폭 또는 길이를 가질 수 있으며, 이에 의해 메모리 셀이 정의될 수 있다. 접촉 계면(CI)의 폭 또는 길이에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. The second wiring structure 2 can be in line contact with the first wiring structure 1A and the contact interface CI defined by this line contact can have a width or length of several nm to several mu m, Whereby a memory cell can be defined. The present invention is not limited to the width or length of the contact interface CI.

이들 배선 구조체들(1A, 2)에는 전기적 신호의 입출력이 가능할 수 있으며, 배선 구조체들(1A, 2) 사이의 상기 선 접촉에 의해 배선 구조체들(1A, 2)은 서로 전기적으로 연결되어 전류 경로를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 배선 구조체(1A)는 알루미늄 산화물의 표면층(1s)을 갖는 면상 구조체일 수 있다. 상기 알루미늄 산화물의 표면층(1s)는 제 1 배선 구조체(1A) 전체에 또는 일부에 형성될 수도 있다. Electrical signals can be input and output to and from these wiring structures 1A and 2 and the wiring structures 1A and 2 are electrically connected to each other by the line contact between the wiring structures 1A and 2, Can be provided. In one embodiment, the first wiring structure 1A may be a planar structure having a surface layer 1s of aluminum oxide. The surface layer 1s of the aluminum oxide may be formed on the whole or part of the first wiring structure 1A.

이러한 면상 구조체는, 예를 들면, 자연 산화막으로서 표면층(1s)을 갖는 알루미늄 필름이거나 상기 알루미늄 산화물의 하지에 알루미늄층이 형성된 복합 필름일 수 있다. 상기 복합 필름은, 예를 들면, 폴리이미드와 같은 수지계 재료, 레이온, 얀(yarn), 직물지, 솜, 종이, 또는 부직포와 같은 플렉시블 기재 상에 상기 알루미늄층이 코팅된 면상 구조체일 수 있다. 상기 알루미늄층의 코팅은 스퍼터링이나 저온 공정이 가능한 원자층 증착 공정 또는 용매에 적합한 알루미늄 전구체를 용해 및 분산시켜 코팅하는 습식 코팅 또는 전해 또는 무전해 도금에 의해 형성될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Such a planar structure may be, for example, an aluminum film having a surface layer 1s as a natural oxide film, or a composite film in which an aluminum layer is formed on the base of the aluminum oxide. The composite film may be a planar structure on which the aluminum layer is coated on a flexible substrate such as a resin-based material such as polyimide, rayon, yarn, fabric, cotton, paper, or a nonwoven fabric. The coating of the aluminum layer may be formed by an atomic layer deposition process capable of sputtering or a low temperature process or a wet coating or electrolytic or electroless plating in which an aluminum precursor suitable for a solvent is dissolved and dispersed for coating, It is not.

제 2 배선 구조체(2)는 상기 알루미늄 산화물의 표면층(1s)과 접하는 탄소 함유물의 표면층(2s)을 포함하는 선형 구조체이다. 상기 탄소 함유물은 비정질 탄소 또는 결정질 탄소를 포함할 수 있으며, 그래핀 또는 탄소 나노 튜브의 코팅체일 수도 있다. 일 실시예에서, 제 2 배선 구조체(2)는 도전성 또는 비도전성 섬유 코어 및 상기 섬유 코어의 적어도 일부 상에 탄소 함유층(2s)이 코팅되어 제공될 수 있다. 상기 도전성 또는 비도전성 섬유 코어는 금속, 도전성 폴리머, 이들의 적층 구조 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 제 2 배선 구조체(2)는 탄소 섬유의 단일 구조로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 탄소 함유층(2s)은 상기 탄소 섬유의 표면 그 자체에 의해 제공될 수 있을 것이다.The second wiring structure 2 is a linear structure including a carbon-containing surface layer 2s in contact with the surface layer 1s of the aluminum oxide. The carbon-containing material may include amorphous carbon or crystalline carbon, and may be a graphene or carbon nanotube coating material. In one embodiment, the second wiring structure 2 may be provided with a conductive or non-conductive fiber core and a carbon-containing layer 2s coated on at least a part of the fiber core. The conductive or non-conductive fiber core may include a metal, a conductive polymer, a laminated structure thereof, or a mixture thereof, but the present invention is not limited thereto. In another embodiment, the second wiring structure 2 may be made of a single structure of carbon fibers. In this case, the carbon-containing layer 2s may be provided by the surface of the carbon fiber itself.

제 1 배선 구조체(1A)와 제 2 배선 구조체(2)가 접촉 계면(CI)을 형성하는 경우, 제 1 배선 구조체(1A)와 제 2 배선 구조체(2) 사이에 가변적인 전압 또는 전류 신호를 인가하면, 제 1 배선 구조체(1A)와 제 2 배선 구조체(2)를 통하여 전류 I가 흐르면서, 선 접촉된 배선 구조체들(1A, 2)의 접촉 계면(CI)에는 가역적 전기화학적 반응 생성물이 생성 또는 소멸될 수 있다.When the first wiring structure 1A and the second wiring structure 2 form a contact interface CI, a variable voltage or current signal is applied between the first wiring structure 1A and the second wiring structure 2 A reversible electrochemical reaction product is generated in the contact interface CI of the line-contacted wiring structures 1A and 2 while the current I flows through the first wiring structure 1A and the second wiring structure 2 Or may be destroyed.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가역적 전기화학적 반응 생성물의 생성 또는 소멸에 따라 제 1 배선 구조체(1A)와 제 2 배선 구조체(2)에 의한 도전 경로에는 2 이상의 저항값 레벨들이 제공될 수 있으며, 이러한 저항값 레벨에 예를 들면, "0" 또는 "1"의 논리값을 할당함으로써 정보 저장이 가능하여 비휘발성 메모리 소자가 제공될 수 있다. 상기 가역적 전기화학적 반응 생성물과 이에 따른 저항값 레벨의 변화에 관하여는 도 5a를 참조하여 후술하도록 한다.According to the embodiment of the present invention, two or more resistance value levels may be provided in the conductive path by the first wiring structure 1A and the second wiring structure 2 in accordance with generation or disappearance of the reversible electrochemical reaction product Quot; 0 "or" 1 ", for example, to such a resistance value level, information can be stored and a nonvolatile memory element can be provided. The change of the reversible electrochemical reaction product and the resistance value level will be described later with reference to FIG. 5A.

도 1b를 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(10B)는 제 1 배선 구조체(1B) 및 제 1 배선 구조체(1B)과 접촉하는 제 2 배선 구조체(2)를 포함한다. 제 1 배선 구조체(1B)는 선형 구조를 가질 수 있으며, 직선 구조가 예시되어 있다. 제 2 배선 구조체(2)는, 도 1a를 참조하여 설명한 것과 같이, 선형 구조를 가질 수 있으며, 직선 구조가 예시되어 있다. 전술한 것과 같이, 제 1 및 제 2 배선 구조체들(1B, 2)은 상기 직선 구조에 한정되지 않으며, 굴절, 절곡, 회전, 감김, 나선, 미언더, 겹침, 꼬기 또는 이의 조합과 같은 다양한 연장 방향의 조작된 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 1B, the nonvolatile memory element 10B includes a first wiring structure 1B and a second wiring structure 2 in contact with the first wiring structure 1B. The first wiring structure 1B may have a linear structure, and a linear structure is exemplified. As described with reference to Fig. 1A, the second wiring structure 2 may have a linear structure, and a linear structure is exemplified. As described above, the first and second wiring structures 1B and 2 are not limited to the straight line structure and may be formed of various elongate members such as a bent, bent, rotated, rolled, spirally, meandering, overlapping, Lt; RTI ID = 0.0 > directional < / RTI >

제 1 배선 구조체(1B)와 제 2 배선 구조체(2)는 서로 교차하여 점 접촉을 하고 있다. 이러한 점 접촉에 의해 정의되는 접촉 계면(CI)은 수 nm 내지 수 ㎛의 폭과 길이를 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The first wiring structure 1B and the second wiring structure 2 cross each other and make point contact. The contact interface CI defined by this point contact can have a width and a length of several nanometers to several micrometers, and the present invention is not limited thereto.

이들 배선 구조체들(1B, 2)에는 전기적 신호의 입출력이 가능할 수 있으며, 배선 구조체들(1B, 2) 사이의 점 접촉에 의해 배선 구조체들(1B, 2)은 서로 전기적으로 연결되어 전류 경로를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 배선 구조체(1B)는 알루미늄 산화물의 표면층(1s)을 갖는 선형 구조체일 수 있다. 상기 선형 구조체는, 예를 들면, 자연 산화막으로서 표면층(1s)을 갖는 알루미늄 와이어이거나 상기 알루미늄 산화물의 하지에 알루미늄층이 형성된 복합 섬유일 수 있다. 상기 복합 섬유는, 예를 들면, 도전성 또는 비도전성 고분자 섬유 코어에 상기 알루미늄층을 습식 또는 건식 코팅한 것일 수 있으며, 상기 알루미늄층 상에는 자연 산화막이 형성될 수 있다. 또는, 탄소 섬유 코어 상에 알루미늄층을 형성함으로써 제 1 배선 구조체(1)가 제공될 수도 있다.Electrical signals can be input and output to and from the wiring structures 1B and 2 and the wiring structures 1B and 2 are electrically connected to each other by point contact between the wiring structures 1B and 2, . In one embodiment, the first wiring structure 1B may be a linear structure having a surface layer 1s of aluminum oxide. The linear structure may be, for example, an aluminum wire having a surface layer 1s as a natural oxide film, or a composite fiber having an aluminum layer formed on the base of the aluminum oxide. For example, the composite fiber may be formed by wet or dry coating the aluminum layer on a conductive or non-conductive polymer fiber core, and a natural oxide layer may be formed on the aluminum layer. Alternatively, the first wiring structure 1 may be provided by forming an aluminum layer on the carbon fiber core.

도 1c를 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(10C)는 제 1 배선 구조체(1C) 및 제 1 배선 구조체(1C)과 접촉하는 제 2 배선 구조체(2)를 포함한다. 제 1 배선 구조체(1C)는 면상 구조를 가질 수 있다. 제 1 배선 구조체(1C)는 도 1c에 도시된 것과 같이, 굴곡 가능할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 배선 구조체(1C)는 굴절, 휘기, 구김, 말림, 겹침, 접기, 또는 꺽기와 같은 다양한 확장 방향의 조작이 가능하다.Referring to Fig. 1C, the nonvolatile memory element 10C includes a first wiring structure 1C and a second wiring structure 2 in contact with the first wiring structure 1C. The first wiring structure 1C may have a planar structure. The first wiring structure 1C may be bendable, as shown in Fig. 1C. However, the embodiment of the present invention is not limited thereto, and the first wiring structure 1C can be operated in various expansion directions such as bending, bending, twisting, curling, overlapping, folding, or bending.

제 2 배선 구조체(2)는, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 전술한 것과 같이, 선형 구조를 가질 수 있으며, 직선 구조가 예시되어 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 배선 구조체들(1C, 2)은 직선 구조에 한정되지 않으며, 굴절, 절곡, 회전, 감김, 나선, 미언더, 겹침, 꼬기 또는 이의 조합과 같은 다양한 연장 방향의 조작된 구조를 가질 수 있다.The second wiring structure 2 may have a linear structure as described above with reference to Figs. 1A and 1B, and a linear structure is exemplified. However, the first and second wiring structures 1C and 2 are not limited to a straight line structure, and may be formed of various types of elongated directionally bent, Structure.

제 1 배선 구조체(1B)와 제 2 배선 구조체(2)는 서로 교차하여 선 접촉을 하고 있다. 이러한 선 접촉에 의해 정의되는 접촉 계면(CI)은 수 nm 내지 수 ㎛의 폭을 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The first wiring structure 1B and the second wiring structure 2 cross each other and make line contact. The contact interface CI defined by this line contact may have a width of several nanometers to several micrometers, and the present invention is not limited thereto.

도 1a 내지 도 1c를 참조하여 전술한 실시예들에서, 제 1 배선 구조체(1A, 1B, 1C)와 제 2 배선 구조체(2)는 접촉 계면(CI)이 유지되는 한 굴절, 절곡, 회전, 감김, 나선, 미언더, 겹칩, 꼬기 또는 조합의 조작이 가능하며, 그에 따라 플렉시블 소자가 제공될 수 있다. 또한, 도시하지는 아니하였으나, 제 1 배선 구조체와 제 2 배선 구조체는 모두 상호 접촉 계면을 갖는 면상 구조를 가질 수 있으며, 접촉 계면이 유지되는 한 움직임을 형상 변화를 허용하여 플렉시블 소자를 제공할 수도 있다.1C, the first wiring structure 1A, 1B, 1C and the second wiring structure 2 can be bent, bent, rotated, or bent as long as the contact interface CI is maintained. In the embodiments described above with reference to Figs. 1A to 1C, It is possible to manipulate the winding, the spiral, the meander, the ply, the twine, or the combination so that the flexible element can be provided. Although not shown, the first wiring structure and the second wiring structure may have a planar structure having a mutual contact interface, and the flexible element may be provided by allowing the movement of the movement as long as the contact interface is maintained .

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자(100)의 블록도이며, 도 2b는 도 2a의 메모리 셀 어레이(MA)를 도시하는 사시도이다.FIG. 2A is a block diagram of a non-volatile memory device 100 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a perspective view showing the memory cell array MA of FIG. 2A.

도 2a를 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(100)는 메모리 셀 어레이(MA), 행 디코더(120), 읽기/프로그램 회로(130), 및 열 디코더(140)를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(110)는 워드라인들(WL1, WL2, … , WLn -1, WLn)을 통해 행 디코더(120)에 연결될 수 있다. 메모리 셀 어레이(110)는 비트라인들(BL1, BL2, … , BLn-1, BLn)을 통해 읽기/프로그램 회로(130)에 연결될 수 있다.2A, a non-volatile memory device 100 may include a memory cell array MA, a row decoder 120, a read / program circuit 130, and a column decoder 140. The memory cell array 110 may be coupled to the row decoder 120 via word lines WL 1 , WL 2 , ..., WL n -1 , WL n . The memory cell array 110 may be coupled to the read / program circuit 130 via bit lines BL 1 , BL 2 , ..., BL n-1 , BL n .

워드라인들(WL1, WL2, … , WLn -1, WLn ) 및 워드라인들(WL1, WL2, … , WLn -1, WLn) 중 적어도 어느 하나의 그룹은 전술한 제 1 배선 구조체이고, 다른 하나의 그룹은 제 2 배선 구조체일 수 있다. 도 2b를 참조하면, 제 1 배선 구조체로서 알루미늄 산화물의 표면층을 갖고 선형 구조를 갖는 제 1 배선 구조체들(1)과 상기 알루미늄 산화물의 상기 표면층과 접촉하며, 탄소 함유층을 갖는 적어도 하나 이상의 탄소 섬유들과 같은 선형 구조를 갖는 제 2 배선 구조체들(2)을 예시된다.Word lines (WL 1, WL 2, ... , WL n -1, WL n) and the word lines at least one group of the (WL 1, WL 2, ... , WL n -1, WL n) is the above-described The first wiring structure and the other group may be the second wiring structure. Referring to FIG. 2B, the first wiring structure includes first wiring structures 1 having a linear structure having a surface layer of aluminum oxide and at least one carbon fiber layer 1 having contact with the surface layer of the aluminum oxide, The second wiring structures 2 having a linear structure such as the second wiring structure 2 are exemplified.

복수의 메모리 셀들(MC)은 기억 요소로서 제 1 배선 구조체들(1)과 제 2 배선 구조체들(2)의 접촉 계면에서 전기적 신호의 크기에 따라 생성 및 소멸되는 가역적 전기화학적 반응 생성물을 포함한다. 이들 제 1 배선 구조체들과 제 2 배선 구조체들 사이에 다른 어떠한 재료층 없이 이들 배선 구조체들의 상호 접촉만으로 메모리 셀이 형성되므로 구조가 간단하며, 제 1 및 제 2 배선 구조체가 플렉시블한 이상 메모리 셀 어레이의 굴절, 굽힘, 구겨짐, 접힘, 구부링 또는 이의 조합이 용이하여 성형 또는 형상 변화가 자유로운 비휘발성 메모리 소자가 제공될 수 있다. 예를 들면, 제 1 배선 구조체들(1)과 제 2 배선 구조체들(2)은 어느 하나의 그룹이 다른 하나의 그룹을 감싸거나 서로 감싸는 구조, 예를 들면, 나선 구조를 가질 수도 있다. The plurality of memory cells MC includes a reversible electrochemical reaction product which is generated and extinguished in accordance with the magnitude of the electrical signal at the contact interface between the first and second wiring structures 1 and 2 as a memory element . Since the memory cells are formed by mutual contact of these wiring structures without any other material layer between the first wiring structures and the second wiring structures, the structure is simple, and the first and second wiring structures are formed in the flexible abnormal memory cell array It is possible to provide a nonvolatile memory device which is easily deformable, bending, wrinkling, folding, bending, or a combination thereof so as to be free from molding or change in shape. For example, the first wiring structures 1 and the second wiring structures 2 may have a structure, for example, a spiral structure in which one group surrounds another group or encapsulates one group.

다시 도 2a를 참조하면, 각각의 워드라인(WL1, WL2, … , WLn -1, WLn)에 연결되는 행 방향의 복수의 메모리 셀들은 논리적 페이지를 구성할 수 있으며, 워드라인(WL1, WL2, … , WLn -1, WLn)당 페이지들의 수는 메모리 셀의 저장 용량에 의해 결정될 수 있다. 복수의 메모리 셀들(MC)은 메모리 셀 어레이(MA)가 형성되는 2 차원 배열을 갖지만 이는 예시적으로 휘어짐 또는 굽힘과 같은 조작에 의해 3 차원 구조를 가질 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 메모리 셀 어레이(MA)가 수직 적층되어 3 차원 구조가 제공될 수도 있다.Referring again to FIG. 2A, a plurality of memory cells in the row direction connected to the respective word lines WL 1 , WL 2 , ..., WL n -1 , WL n may constitute a logical page, WL 1 , WL 2 , ..., WL n -1 , WL n ) may be determined by the storage capacity of the memory cell. The plurality of memory cells MC have a two-dimensional arrangement in which the memory cell array MA is formed, but it may have a three-dimensional structure by an operation such as bending or bending for example. In another example, one or more memory cell arrays MA may be vertically stacked to provide a three-dimensional structure.

행 디코더(120)는 선택된 메모리 블록의 워드라인들 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 행 디코더(120)는 선택된 메모리 블록의 워드라인에 전압 발생기(미도시)로부터의 워드라인 전압(VWL)을 인가할 수 있다. 프로그램 동작시 행 디코더(120)는 선택된 워드라인(Selected WL)에 프로그램 전압(VPGM)과 검증 전압(VVFY)을, 비선택 워드라인(Unselected WL)에는 접지 또는 패스 전압(VPASS)을 인가할 수 있다. 필요에 따라, 셀 선택을 위해 트랜지스터와 같은 스위칭 소자가 메모리 셀에 결합될 수도 있다.The row decoder 120 may select any one of the word lines of the selected memory block. The row decoder 120 may apply a word line voltage (V WL ) from a voltage generator (not shown) to the word line of the selected memory block. The row decoder 120 outputs a program voltage V PGM and a verify voltage V VFY to the selected word line and a ground or pass voltage V PASS to the unselected word line Unselected WL . If desired, a switching element such as a transistor may be coupled to the memory cell for cell selection.

메모리 셀 어레이(MA)는 열 디코더(140)를 통해 비트라인들(BL1, BL2, BL3, … , BLn)에 의해 어드레싱될 수 있다. 읽기/프로그램 회로(130)는 열 디코더(140)를 통해 외부로부터 전달되는 데이터를 수신하거나 외부로 데이터를 출력할 수 있다. The memory cell array MA can be addressed by the bit lines BL 1 , BL 2 , BL 3 , ..., BL n via the column decoder 140. The read / program circuit 130 can receive data transmitted from the outside through the column decoder 140 or output data to the outside.

읽기/프로그램 회로(130)는 페이지 버퍼를 포함할 수 있으며, 동작 모드에 따라 감지 증폭기로서 또는 프로그램 드라이버로서 동작할 수 있다. 본 명세서에서, 읽기/프로그램 회로, 또는 페이지 버퍼는 등가적 용어로 호환 사용될 수 있으며, 어느 하나가 다른 하나를 배제하는 것이 아니다. 프로그램 동작시, 읽기/프로그램 회로(130)는 외부 회로로부터 데이터를 수신하여 메모리 셀 어레이(MA)의 비트라인으로 프로그램될 데이터에 대응하는 비트라인 전압을 전달한다. 읽기 동작시, 읽기/프로그램 회로(130)는 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터를 비트라인을 통해서 독출할 수 있으며, 상기 독출된 데이터를 래치하여 외부로 출력할 수 있다. The read / program circuit 130 may include a page buffer and may operate as a sense amplifier or as a program driver depending on the mode of operation. In this specification, the read / program circuit, or page buffer, may be used interchangeably in equivalent terms, and one does not exclude the other. In a program operation, the read / program circuit 130 receives data from an external circuit and transfers the bit line voltage corresponding to the data to be programmed to the bit line of the memory cell array MA. During the read operation, the read / program circuit 130 can read the data stored in the selected memory cell through the bit line, latch the read data, and output it to the outside.

읽기/프로그램 회로(130)는 제어 회로(170)로부터 전송되는 전송 신호에 응답하여 메모리 셀의 프로그램 동작에 수반하는 검증 동작을 수행할 수 있으며, 상기 전송 신호에 응답하여 검증 결과를 복수 회에 걸쳐 페이지 버퍼 신호로서 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 읽기/프로그램 회로(130)의 상기 읽기 동작은 비트라인 기생 캐패시터를 이용한 전하 적분(charge integration)에 의해 수행될 수 있다. 상기 전하 적분은 전류 센싱 회로를 통해 수행되며, 메모리 셀의 프로그램 상태를 검출할 수 있다.The read / program circuit 130 may perform a verify operation in response to a program operation of the memory cell in response to a transfer signal transmitted from the control circuit 170, And output it as a page buffer signal. In one embodiment, the read operation of read / program circuit 130 may be performed by charge integration using bit line parasitic capacitors. The charge integration is performed through a current sensing circuit and can detect the program state of the memory cell.

패스/패일 검증 회로(150)는, 예를 들면, ISPP 동작 방법에 따라, 메모리 셀들이 프로그램 루프 카운트가 증가할 때마다 메모리 셀이 원하는 레벨에 도달하였는지 검증한다. 메모리 셀이 원하는 문턱 전압, 즉 타겟 값을 가지면 프로그램 패스로 판단하여 상기 메모리 셀에 대한 프로그램 및 프로그램 검증 동작이 종료되지만, 메모리 셀이 원하는 문턱 전압에 도달하지 못하면 프로그램 패일로 판단하여 패스/패일 검증 회로(150)는 카운트 신호(미도시)를 발생시킬 수 있다. 패스/ 패일 검증 회로(150)은 프로그램 성공 여부를 판단하여 그 결과를 제어 회로(170)에 전달할 수 있다.The pass / fail verify circuit 150 verifies, for example, according to the ISPP operating method, that the memory cells have reached a desired level each time the program loop count is increased. If the memory cell has a desired threshold voltage, that is, a target value, the program and program verify operation for the memory cell is determined by the program path. However, if the memory cell does not reach the desired threshold voltage, Circuit 150 may generate a count signal (not shown). The path / path validation circuit 150 may determine whether the program is successful or not, and may pass the result to the control circuit 170.

계수기(160)는 메모리 셀에 대한 소거 동작의 수행 회수를 계수한다. 다른 실시예에서, 제어 회로(170)는 상기 소거 동작이 복수 회 수행되는 경우, 계수기(160)에 의해 계수된 상기 소거 동작의 회수를 수신하여 상기 소거 동작이 특정 회수만큼 반복되었을 때 상기 사전 프로그램 동작을 수행할 수 있다. 상기 소거 동작은 블록 단위로 전체의 메모리 셀들에 의해 동시에 수행될 수 있다. The counter 160 counts the number of erase operations performed on the memory cell. In another embodiment, the control circuit 170 receives the number of erase operations counted by the counter 160 when the erase operation is performed a plurality of times, and when the erase operation is repeated a certain number of times, Operation can be performed. The erase operation can be performed simultaneously by the entire memory cells on a block-by-block basis.

제어 회로(170)는 명령어(CMD)에 응답하여, 데이터의 전송 제어 및 데이터의 기록(또는 프로그램)/소거/읽기 동작의 시퀀스 제어를 수행한다. 제어 회로(170)는, 예를 들면, ISPP 방식에 따른 펄스 프로그램 및 검증 동작을 수행하도록 행 디코더(120), 읽기/기록 회로(130), 열디코더(140), 패스/페일 검출기(150), 및 계수기(160)를 제어할 수 있다. The control circuit 170 performs transmission control of data and sequence control of recording (or programming) / erasing / reading operations of data in response to the command CMD. The control circuit 170 includes a row decoder 120, a read / write circuit 130, a column decoder 140, a pass / fail detector 150, and a column decoder 150 to perform a pulse program and a verify operation in accordance with, for example, And the counter 160, as shown in FIG.

제어 회로(170)은 패스/페일 검출기(150)로부터 전달되는 프로그램 성공 여부(Pass/Fail)를 참조하여 프로그램 동작의 종료 또는 계속 진행 여부를 결정할 수 있다. 패스/페일 검증 회로(150)로부터 프로그램 패일(Fail)의 결과를 수신하는 경우, 제어 회로(170)은 후속 프로그램 루프(Loop)를 진행하도록 VPGM 및 VVFY를 발생시키는 전압 발생기(미도시) 및 페이지 버퍼(130)를 제어할 것이다. 이처럼, 증가하는 프로그램 루프 수에 따라 프로그램을 진행하기 위하여 제어 회로(170)은 프로그램 루프의 순번을 수신할 수 있다. 반대로, 제어 회로(170)이 프로그램 패스(Pass)의 결과를 제공받으면, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 동작은 종료하게 될 것이다.The control circuit 170 can determine whether to end or continue the program operation with reference to the pass / fail of the program transmitted from the pass / fail detector 150. [ When receiving the result of the program fail (Fail) from the pass / fail verification circuit 150, the control circuit 170 generates a voltage generator (not shown) for generating V PGM and V VFY to advance the subsequent program loop And the page buffer 130, respectively. As such, the control circuit 170 can receive the sequence number of the program loop to advance the program according to the increasing number of program loops. Conversely, if the control circuit 170 is provided with the result of the program pass, the program operation for the selected memory cells will end.

다양한 설계들에서, 메모리 셀 어레이(MA)와 제어 회로(170)는 동일 칩 내에 집적되거나 다른 칩에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 메모리 셀 어레이(MA)를 구동하기 위한 주변 회로들은 실리콘 프로세싱에 의한 반도체 칩으로 형성되고, 메모리 셀 어레이(MA)는 도 2b와 같이 별도로 형성될 수 있다. 이러한 메모리 셀 어레이(MA)는 도 3a을 참조하여 후술하는 바와 같이 적합한 지지체에 제 1 배선 구조체와 제 2 배선 구조체 사이에 안정적 결합을 유지할 수 있도록 한다. 또한, 상기 지지체에 상기 주변 회로들이 실장될 수도 있다.In various designs, the memory cell array MA and the control circuit 170 can be integrated in the same chip or arranged in different chips. In another embodiment, peripheral circuits for driving the memory cell array MA are formed of a semiconductor chip by silicon processing, and the memory cell array MA may be formed separately as shown in FIG. 2B. This memory cell array MA makes it possible to maintain a stable coupling between the first wiring structure and the second wiring structure in a suitable support as described later with reference to FIG. 3A. Also, the peripheral circuits may be mounted on the support.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 셀 어레이를 도시하는 사시도이다.3A and 3B are perspective views showing a memory cell array according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 메모리 셀 어레이(MA)는 제 1 배선 구조체(1) 및 제 2 배선 구조체(2)의 접촉 상태를 강화시키기 위해 제 1 배선 구조체(1) 및 제 2 배선 구조체(2) 중 적어도 어느 하나에 결합되는 지지체(20)를 더 포함할 수 있다. 도 3a에서, 지지체(20)는 제 1 배선 구조체(1)와 제 2 배선 구조체(2) 중 어느 하나의 일 면에 접촉하는 방식으로 배선 구조체들(1, 2)에 결합될 수 있다. 도 3b에서는, 지지체(20)의 내부에 제 1 배선 구조체(1) 및 제 2 배선 구조체(2)가 매립된 것이 예시된다.3A and 3B, the memory cell array MA includes a first wiring structure 1 and a second wiring structure 2 in order to enhance the contact state of the first wiring structure 1 and the second wiring structure 2, And a support 20 coupled to at least one of the first and second substrates 2 and 3. 3A, the support 20 may be coupled to the wiring structures 1 and 2 in such a manner as to contact one surface of either the first wiring structure 1 or the second wiring structure 2. [ In Fig. 3B, the first wiring structure 1 and the second wiring structure 2 are buried in the support 20, for example.

지지체(20)는 평면 구조를 갖지만 다른 3차원 형상을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 지지체(20)는 직물, 부직포, 플렉시블 절연성 시트 또는 이의 조합일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 지지체(20)의 결합에 의해 메모리 셀 어레이(MA)는 굽힘, 구부러짐과 같은 조작에 의해서도 제 1 배선 구조체(1)와 제 2 배선 구조체(20) 사이의 접촉 상태가 유지되어 플렉시블 비휘발성 메모리 소자가 구현될 수 있다.The support 20 has a planar structure but may have another three-dimensional shape. In one embodiment, the support 20 may be a fabric, a nonwoven fabric, a flexible insulating sheet, or a combination thereof, although the present invention is not limited thereto. The contact state of the first wiring structure 1 and the second wiring structure 20 is maintained by the operation of bending or bending the memory cell array MA by the coupling of the supporting body 20 to the flexible non- Can be implemented.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메모리 셀 어레이를 도시하는 사시도이다. 4A and 4B are perspective views showing a memory cell array according to another embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 제 1 배선 구조체(1)와 제 2 배선 구조체(2)는 서로 교차하는 직조 구조를 가질 수 있다. 이러한 직조 구조는 예시적이며, 교락과 같은 다양한 직물, 부직물 제조 공정 기술의 적용에 의해 다양한 짜임, 부직포 또는 이의 조합된 구조를 갖는 메모리 셀 어레이가 제공될 수 있다.Referring to FIG. 4A, the first wiring structure 1 and the second wiring structure 2 may have a weaving structure that intersects each other. Such a woven structure is exemplary, and various woven fabrics, such as interlocking, by application of nonwoven fabrication process techniques, may provide a memory cell array having a variety of weaves, nonwoven fabrics, or a combination thereof.

도 4b를 참조하면, 제 1 배선 구조체(1)와 제 2 배선 구조체(2)의 접촉 상태를 강화시키기 이들 배선 구조체들(1, 2)에 결합되는 지지체(20)가 더 제공될 수 있다. 이 경우, 제 1 배선 구조체(1)와 제 2 배선 구조체(2)는 지지체(20)의 상면과 저면을 스레딩(threading)하여 지지체(20)에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 지지체는, 도 3b를 참조하여 전술한 것과 같이, 제 1 배선 구조체(1)와 제 2 배선 구조체(2)를 매립하는 방식으로 제 1 배선 구조체와 제 2 배선 구조체의 접촉 상태를 강화할 수 있다.4B, a support 20 may be further provided which is joined to these wiring structures 1 and 2 for enhancing the contact state of the first wiring structure 1 and the second wiring structure 2. In this case, the first wiring structure 1 and the second wiring structure 2 can be coupled to the support 20 by threading the upper surface and the lower surface of the support 20. In another embodiment, as described above with reference to Fig. 3B, the support may be formed in a manner that the first wiring structure 1 and the second wiring structure 2 are buried in contact with the first wiring structure and the second wiring structure .

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 계면을 갖는 알루미늄 필름의 1 배선 구조체와 탄소 섬유의 제 2 배선 구조체를 포함하는 비휘발성 메모리 소자의 전류-전압의 전기적 특성을 나타내는 그래프이며, 도 5b는 도 5a의 비휘발성 메모리 소자의 사이클 신뢰성을 나타내는 그래프이다. 5A is a graph showing electric characteristics of a current-voltage of a non-volatile memory device including a first wiring structure of an aluminum film having a contact interface and a second wiring structure of carbon fibers according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B Is a graph showing the cycle reliability of the non-volatile memory device of FIG. 5A.

도 5a를 참조하면, 제 2 배선 구조체는 접지되고, 제 1 배선 구조체에 대하여 음으로부터 양의 방향으로 변하는 전압 신호를 스윕하여 얻어지는 전류 변화가 측정되었다. 최초 음의 전압이 스윕되는 단계 1(S1)에서, 비휘발성 메모리 소자는 고저항 상태이며, 점차 전압의 크기가 증가하면 단계 2(S2)에서 약 -2V에서 저저항 상태로 변화하는 셋 동작이 일어난다. 이러한 셋 동작은 접촉 계면의 제어를 통해 약 -1 V 에서 -3 V의 범위 내에서 일어날 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 셋 동작은 음의 바이어스 영역에서 일어날 수 있다.Referring to FIG. 5A, the second wiring structure is grounded, and a current change obtained by sweeping a voltage signal varying from negative to positive direction with respect to the first wiring structure is measured. In step 1 (S1) in which the first negative voltage is swept, the non-volatile memory device is in a high resistance state, and when the voltage gradually increases, a set operation of changing the resistance value from about -2 V to about 2 V in step 2 (S2) It happens. This set operation can occur within a range of about -1 V to -3 V through control of the contact interface. However, this is only exemplary and the set operation can occur in the negative bias region.

이후, 음의 전압의 크기가 점차 감소하고 단계 3(S3)과 양의 전압의 크기가 점차 증가하는 단계 4(S4)에서 상기 비휘발성 메모리 소자는 저저항 상태를 유지하며, 점차 전압이 증가하여 양의 전압인 약 2.7 V 이상인 단계 5(S5)에서 고저항 상태로 변화하는 리셋 동작이 일어난다. 상시 셋 동작과 마찬가지로, 상기 리셋 동작은 접촉 계면의 제어를 통해 1 V 내지 4 V의 범위 내에서 일어날 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 계면 제어를 통해 양의 바이어스 영역 내에서 리셋 동작이 일어나도록 할 수 있을 것이다. 전압이 다시 감소되는 단계 5(S6)에서 상기 비휘발성 메모리 소자는 고저항 상태를 유지한다.Thereafter, in step 4 (S4) in which the magnitude of the negative voltage gradually decreases and the magnitude of the positive voltage gradually increases in step 3 (S3), the nonvolatile memory device maintains a low resistance state and the voltage gradually increases A reset operation that changes from a high voltage state of about 2.7 V or more to a high resistance state occurs in step S5 (S5). As with the normal operation, the reset operation can take place within the range of 1 V to 4 V through control of the contact interface. However, this is only exemplary and it will be possible to cause a reset operation to occur in the positive bias region through the interface control. In step 5 (S6) where the voltage is reduced again, the nonvolatile memory element maintains a high resistance state.

제 1 배선 구조체와 제 2 배선 구조체 사이에 인가되는 적절한 전압 신호에 의해 얻어지는 상기 셋 동작과 리셋 동작을 이용하여 비휘발성 메모리 소자의 프로그래밍 및 소거 동작이 수행될 수 있다. 상기 셋 동작에 의한 저저항 상태와 리셋 동작에 의한 고저항 상태는 적절한 읽기 전압을 제 1 배선 구조체와 제 2 배선 구조체 사이에 인가하여 흐르는 전류의 크기를 감지하여 판별될 수 있을 것이다. The programming and erasing operations of the nonvolatile memory element can be performed using the set operation and the reset operation obtained by appropriate voltage signals applied between the first wiring structure and the second wiring structure. The low resistance state by the set operation and the high resistance state by the reset operation may be discriminated by sensing the magnitude of the current flowing by applying an appropriate read voltage between the first wiring structure and the second wiring structure.

도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자에 대하여, 0.5 V에서 셋 동작과 리셋 동작 이후의 저항값이 독출되었다. 100 이상을 반복하여도, 저저항 상태(LRS)와 고저항 상태(HRS)의 크기 차이가 102 이상 유지됨을 확인할 수 있으며, 이로써 본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 on/off 비율을 갖는 재현성 있는 비휘발성 메모리 소자가 얻어질 수 있다.Referring to FIG. 5B, for a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention, a resistance value after a set operation and a reset operation at 0.5 V has been read. It is confirmed that the difference in size between the low resistance state (LRS) and the high resistance state (HRS) is maintained at 102 or more even when the number of times of repetition is 100 or more. Thus, according to the embodiment of the present invention, A nonvolatile memory element can be obtained.

도 6은 알루미늄 필름인 제 1 배선 구조체와 탄소 섬유인 제 2 배선 구조체의 접촉 계면에서의 전압 구동에 의한 전기화학적 반응에 따른 조성 변화를 도시하는 그래프이다. 조성 분석은 EDS(energy dispersive x-ray spectroscopy )를 이용하여 수행되었다. X 축은 기준값으로서 알루미늄 필름의 성분치이다. 그리고 알루미늄 필름과 접촉만 한 상태(Initial), 셋 상태(SET) 및 리셋 상태(RESET)의 저항 변화가 일어난 뒤의 탄소 및 산소의 조성 변화가 분석되었다.FIG. 6 is a graph showing a composition change due to an electrochemical reaction by voltage driving at a contact interface between a first wiring structure, which is an aluminum film, and a second wiring structure, which is a carbon fiber. The composition analysis was performed using energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). The X axis is a component value of the aluminum film as a reference value. The compositional changes of carbon and oxygen after the resistance change of initial state, initial state (SET) and reset state (RESET) of aluminum film were analyzed.

도 6을 참조하면, 제 1 배선 구조체와 제 2 배선 구조체 사이에 전압 구동에 의해 접촉 계면에서 탄소 및 산소의 조성 변화가 일어난다. 셋 상태에서는 탄소의 함량이 많고 산소의 함량이 감소됨을 알 수 있다. 반대로 리셋 상태에서는 탄소의 함량이 감소되고 산소의 함량이 증가된다.Referring to FIG. 6, a change in composition of carbon and oxygen occurs at a contact interface between the first wiring structure and the second wiring structure by voltage driving. It can be seen that the carbon content is high and the oxygen content is decreased in the set state. Conversely, in the reset state, the content of carbon is decreased and the content of oxygen is increased.

알루미늄과 탄소의 접촉 계면에서 일어나는 현상을 이해하기 위해 두 물질간의 조성에 따른 상변화 다이아그램을 참조하였다. 알루미늄 산화물과 탄소의 반응에 의해 알루미늄탄소산화물(aluminum carbooxide)이 형성되는 아래와 식 1의 반응이 일어날 수 있다. 이때, 알루미늄탄소산화물과 함께 산소 공공이 생성될 수 있을 것이다.In order to understand the phenomenon occurring at the contact interface between aluminum and carbon, we refer to the phase change diagram depending on the composition between the two materials. The reaction of formula 1 below in which aluminum carbooxide is formed by the reaction of aluminum oxide and carbon may occur. At this time, oxygen vacancies may be generated together with the aluminum carbon oxides.

[식 1][Formula 1]

2Al2O3 + 3C ↔ Al4O4C + 2CO(g) ↑2Al 2 O 3 + 3C ↔ Al 4 O 4 C + 2CO (g) ↑

알루미늄 산화물과 탄소간 반응 생성물의 상온에서의 자유 에너지 변화를 계산하면 Al4O4C < Al2O3 < Al2OC < Al4C3로 화합물 Al4O4C의 형성이 산소 공공의 생성과 관련이 있으며, 저항 값의 변화를 초래하는 것으로 파악된다.Generation of the aluminum oxide and the calculation of the free energy change in the ambient temperature of between carbon reaction product the formation of the Al 4 O 4 C <Al 2 O 3 <Al 2 OC <Al 4 to C 3 compounds Al 4 O 4 C oxygen vacancies And it is understood that the resistance value is changed.

셋 구동에서 화합물 Al4O4C 가 형성되며, 발생된 산소 공공에 의해 전도성이 증가되어 저저항 상태(LRS)가 유도되고, 리셋 구동에서는 반대로 산소 공공이 소멸되면서 고저항 상태(HRS)가 유도된다. 더 자세한 성분 분석을 위해 아래와 같이 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 수행하였다.The compound Al 4 O 4 C is formed in the set driving, the conductivity is increased by the generated oxygen vacancy, and the low resistance state (LRS) is induced. In the reset driving, the oxygen vacancy disappears and the high resistance state (HRS) do. XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis was performed as follows for the analysis of the components in detail.

도 7a 내지 도 7d는 XPS 분석에 의한 기준값으로서 알루미늄 필름(Al reference), 알루미늄 필름과 접촉만 한 상태(Initial), 셋 상태(SET) 및 리셋 상태(RESET)의 Al2p 피크를 나타내고, 도 8a 내지 도 8d는 기준값으로서 알루미늄 필름(Al reference), 알루미늄 필름과 접촉만 한 상태(Initial), 셋 상태(SET) 및 리셋 상태(RESET)의 C1s 피크를 나타낸다.7A to 7D show Al2p peaks in an Al film, Al film, Initial state, SET state, and Reset state RESET as reference values by XPS analysis, and Figs. FIG. 8D shows the C1s peak of the Al film as the reference value, the state (Initial) only in contact with the aluminum film, the SET state, and the reset state RESET.

도 7a 내지 도 7d를 참조하면, Al2p 피크에서 리셋 상태에서는 Al-O 본드가 증가하여 알루미늄 산화물이 형성되는 것을 추론할 수 있고, 도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 셋 상태에서는 C-O-Al 본드가 증가하여 알루니늄 탄소 산화물이 형성됨을 추론할 수 있다. 이 결과를 통해 탄소층과 알루미늄 산화물의 접촉 계면에서 셋 바이어스에 의해 알루미늄카복사이드의 형성으로 산소 공공이 생성되어 저항이 감소되고, 리셋 바이어스의 경우에는 역반응으로 저항이 증가하는 것이 뒷받침될 수 있다.Referring to FIGS. 7A to 7D, it can be deduced that an Al-O bond is increased to form an aluminum oxide in a reset state at an Al2p peak, and referring to FIGS. 8A to 8D, a CO- And it can be deduced that an aluminum nitride carbon oxide is formed. The result shows that the formation of oxygen vacancies by the formation of aluminum carboxides by the three-bias at the contact interface between the carbon layer and the aluminum oxide reduces the resistance, and in the case of the reset bias, the resistance increases due to the reverse reaction .

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 전자 시스템(1000)을 도시하는 블록도이다.9 is a block diagram illustrating an electronic system 1000 including a non-volatile memory device in accordance with one embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 전자 시스템(1000)은 컨트롤러(1010), 입출력 장치(I/O; 1020), 기억 장치(storage device; 1030), 인터페이스(1040) 및 버스(bus; 1050)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(1010), 입출력 장치(1020), 기억 장치(1030) 및/또는 인터페이스(1040)는 버스(1050)를 통하여 서로 결합될 수 있다.9, an electronic system 1000 includes a controller 1010, an input / output device (I / O) 1020, a storage device 1030, an interface 1040 and a bus 1050 . The controller 1010, the input / output device 1020, the storage device 1030 and / or the interface 1040 may be coupled to each other via the bus 1050. [

컨트롤러(1010)는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세스, 마이크로컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입출력 장치(1020)는 키패드(keypad), 키보드 또는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 기억 장치(1030)는 데이터 및/또는 명령어를 저장할 수 있으며, 기억 장치(1030)는 본 명세서에 개시된 3차원 비휘발성 메모리 소자를 포함할 수 있다.The controller 1010 may include at least one of a microprocessor, a digital signal process, a microcontroller, and logic elements capable of performing similar functions. The input / output device 1020 may include a keypad, a keyboard, or a display device. The storage device 1030 can store data and / or instructions, and the storage device 1030 can include the three dimensional non-volatile memory device described herein.

일부 실시예에서, 기억 장치(1030)는 다른 형태의 반도체 메모리 소자(예를 들면, 디램 장치 및/ 또는 에스램 장치 등)를 더 포함하는 혼성 구조를 가질 수도 있다. 인터페이스(1040)는 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 인터페이스(1040)는 유선 또는 무선 형태일 수 있다. 이를 위하여, 인터페이스(1040)는 안테나 또는 유무선 트랜시버를 포함할 수 있다. 도시하지 않았지만, 전자 시스템(1000)은 컨트롤러(1010)의 동작을 향상시키기 위한 동작 메모리로서, 고속의 디램 및/또는 에스램을 더 포함할 수도 있다.In some embodiments, the storage device 1030 may have a hybrid structure that further includes other types of semiconductor memory devices (e.g., a DRAM device and / or an Slam device). The interface 1040 may perform the function of transmitting data to or receiving data from the communication network. The interface 1040 may be in wired or wireless form. To this end, the interface 1040 may comprise an antenna or a wired or wireless transceiver. Although not shown, the electronic system 1000 is an operation memory for improving the operation of the controller 1010, and may further include high-speed DRAM and / or Slam.

전자 시스템(1000)은 플렉시블 장치일 수 있으며, 예를 들면, 스마트 의류, 스마트 모자, 스마트 신발 또는 스마트 시계와 같은 웨어러블 장치일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다른 개인 휴대용 정보 단말기(PDA, personal digital assistant) 포터블 컴퓨터(portable computer), 태블릿 피씨(tablet PC), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 디지털 뮤직 플레이어(digital music player), 메모리 카드(memory card), 또는 정보를 무선환경에서 송신 및/또는 수신할 수 있는 모든 전자 제품에 적용될 수 있다.The electronic system 1000 may be a flexible device and may be a wearable device such as, for example, a smart garment, a smart hat, a smart shoe or a smart watch. However, the present invention is not limited thereto and may be applied to other personal digital assistant (PDA) portable computers, tablet PCs, wireless phones, mobile phones, A digital music player, a memory card, or any electronic product capable of transmitting and / or receiving information in a wireless environment.

전술한 실시예들은 주로 메모리 소자에 관하여 개시하고 있지만, 이는 예시적이며, 당업자라면, 본 발명의 실시예에 따른 가변 저항체는 퓨즈 및 안티퓨즈, 또는 FPGA와 같은 논리 회로의 온/오프 스위칭 소자로도 응용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the embodiments described above mainly disclose memory elements, they are exemplary and those skilled in the art will appreciate that the variable resistors according to embodiments of the present invention may be implemented as fuse and anti-fuse, or on / off switching elements of a logic circuit such as an FPGA Can also be applied.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be clear to those who have knowledge.

Claims (21)

적어도 일부에 알루미늄 산화물의 제 1 표면층을 갖는 적어도 하나 이상의 제 1 배선 구조체; 및
적어도 일부에 상기 알루미늄 산화물의 제 1 표면층과 접촉하는 탄소 함유물의 제 2 표면층을 갖는 적어도 하나 이상의 제 2 배선 구조체를 포함하며,
상기 제 1 배선 구조체와 상기 제 2 배선 구조체에 인가되는 전위 또는 전류에 따라 상기 제 1 배선 구조체의 상기 제 1 표면층과 상기 제 2 배선 구조체의 상기 제 2 표면층의 접촉 계면에, 상기 알루미늄 산화물과 상기 탄소 함유층의 탄소 사이에 가역적 전기화학적 반응 생성물이 생성 또는 소멸되고,
상기 가역적 전기화학적 반응 생성물의 생성 또는 소멸에 따라, 상기 제 1 배선 구조체와 상기 제 2 배선 구조체를 따라 흐르는 전류의 크기가 제어되도록 적어도 2 이상의 저항값 레벨이 제공되는 비휘발성 메모리 소자.
At least one first wiring structure having at least a first surface layer of aluminum oxide on at least a part thereof; And
And at least one second wiring structure having a second surface layer of carbon-containing material at least partly in contact with the first surface layer of the aluminum oxide,
Wherein the first interconnection structure and the second interconnection structure are formed on the contact interface between the first surface layer of the first interconnection structure and the second surface layer of the second interconnection structure in accordance with the electric potential or current applied to the first interconnection structure and the second interconnection structure, A reversible electrochemical reaction product is generated or extinguished between carbons of the carbon-containing layer,
Wherein at least two resistance levels are provided so that a magnitude of a current flowing along the first wiring structure and the second wiring structure is controlled in accordance with generation or disappearance of the reversible electrochemical reaction product.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 적어도 하나는 선형 구조를 갖는 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first wiring structure and the second wiring structure has a linear structure.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배선 구조체는 하지의 알루미늄층 또는 알루미늄 코어 및 상기 알루미늄층 및 상기 알루미늄 코어 상의 상기 알루미늄 산화물을 포함하고,
상기 제 2 배선 구조체는 탄소 섬유를 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first wiring structure comprises an underlying aluminum layer or an aluminum core and the aluminum oxide and the aluminum oxide on the aluminum core,
Wherein the second wiring structure includes carbon fibers.
제 3 항에 있어서,
상기 알루미늄층은 습식 코팅, 전해 도금 및 무전해 도금된 비휘발성 메모리 소자.
The method of claim 3,
The aluminum layer is wet-coated, electrolytically plated, and electrolessly plated.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 어느 하나는 면상 구조를 갖는 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Wherein one of the first wiring structure and the second wiring structure has a planar structure.
제 5 항에 있어서,
상기 면상 구조를 갖는 제 1 배선 구조체는 알루미늄 필름, 알루미늄 포일 또는 알루미늄 시트 구조를 갖는 비휘발성 메모리 소자.
6. The method of claim 5,
Wherein the first wiring structure having the planar structure has an aluminum film, an aluminum foil or an aluminum sheet structure.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 다른 하나는 선형 구조를 갖는 비휘발성 메모리 소자.
6. The method of claim 5,
And the other of the first wiring structure and the second wiring structure has a linear structure.
제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 산화물은 자연 산화막인 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the aluminum oxide is a natural oxide film.
제 1 항에 있어서,
상기 가역적 전기화학적 반응 생성물은 알루미늄카본산화물을 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the reversible electrochemical reaction product comprises an aluminum carbon oxide.
제 9 항에 있어서,
상기 알루미늄카본산화물은 Al4O4C, 및 Al2OC 중 어느 하나 또는 이의 혼합물을 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
10. The method of claim 9,
Wherein the aluminum carbon oxide comprises any one of Al 4 O 4 C, and Al 2 OC, or a mixture thereof.
제 9 항에 있어서,
상기 알루미늄카본산화물은 Al4O4C을 포함하며,
상기 Al4O4C이 생성될 때 저저항 레벨을 갖고, 상기 Al4O4C이 소멸될 때 고저항 레벨을 갖는 비휘발성 메모리 소자.
10. The method of claim 9,
Wherein the aluminum carbon oxide comprises Al 4 O 4 C,
And has a low resistance level when the Al 4 O 4 C is generated and a high resistance level when the Al 4 O 4 C disappears.
제 1 항에 있어서,
상기 비휘발성 메모리 소자의 셋 전압은 음의 바이어스 영역 내에 있고, 리셋 전압은 양의 바이어스 영역 내인 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the set voltage of the non-volatile memory element is within a negative bias region and the reset voltage is within a positive bias region.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체는 직조, 짜임, 부직포 또는 이의 조합된 구조를 갖는 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first wiring structure and the second wiring structure have a woven structure, a woven structure, a nonwoven fabric, or a combination structure thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 어느 하나가 다른 하나를 감싸거나 서로 감싸는 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Wherein one of the first wiring structure and the second wiring structure surrounds the other or surrounds the other.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체의 접촉 상태를 유지시키기 위해 상기 상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 적어도 어느 하나에 결합되는 지지체를 더 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Further comprising a support coupled to at least one of the first wiring structure and the second wiring structure to maintain contact between the first wiring structure and the second wiring structure.
제 15 항에 있어서,
상기 지지체 내에 상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체가 매립되는 비휘발성 메모리 소자.
16. The method of claim 15,
Wherein the first wiring structure and the second wiring structure are embedded in the support.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체 중 적어도 하나는 상기 지지체를 쓰레딩하여 상기 지지체에 결합되는 비휘발성 메모리 소자.
16. The method of claim 15,
Wherein at least one of the first wiring structure and the second wiring structure is coupled to the support by threading the support.
제 15 항에 있어서,
상기 지지체는 직물, 부직포, 플렉시블 절연성 시트 또는 이의 조합을 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
16. The method of claim 15,
Wherein the support comprises a fabric, a nonwoven fabric, a flexible insulating sheet, or a combination thereof.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 배선 구조체들은 메모리 셀 어레이를 형성하고,
상기 지지체 내에 상기 메모리 셀 어레이의 구동을 위한 주변 회로가 실장되는 비휘발성 메모리 소자.
16. The method of claim 15,
Wherein the first and second wiring structures form a memory cell array,
And a peripheral circuit for driving the memory cell array is mounted in the support.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배선 구조체 및 상기 제 2 배선 구조체는 플렉시블한 비휘발성 메모리 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first wiring structure and the second wiring structure are flexible.
알루미늄 산화물층 및 상기 알루미늄 산화물층에 접촉하는 탄소층 사이의 가역적 전기화학적 반응 생성물의 생성 또는 소멸에 따라 적어도 2 이상의 저항값 레벨을 제공하는 메모리 셀을 포함하는 비휘발성 메모리 소자.A memory cell providing a resistance level of at least two as a result of generation or dissipation of a reversible electrochemical reaction product between the aluminum oxide layer and the carbon layer contacting the aluminum oxide layer.
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