KR20200073082A - Flexible nonvolatile resistive switching memory and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플렉서블 한 특성을 가지면서도 우수한 전기적 특성을 갖는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile flexible resistance change memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a nonvolatile flexible resistance change memory device having a flexible property and excellent electrical properties.
휴대하기 편리하고 웨어러블한 메모리 소자를 제작하기 위해 플렉서블 메모리 소자에 대한 연구가 활발히 보고 되고 있다. Research into flexible memory devices has been actively reported in order to manufacture portable and convenient wearable memory devices.
한편 메모리 소자 중 하나인 저항 변화 메모리 소자는 간단한 금속절연체금속(MIM) 구조와 우수한 동작특성으로 차세대 비휘발성 메모리로 가장 주목을 받고 활발히 연구가 진행 되고 있다. 저항 변화 메모리 소자는 플래시 메모리보다 프로그램 동작이 100배 이상 빠르고 5V 이하의 낮은 전압에서 동작이 가능하다는 장점이 있다. 하지만, MIM 구조적 한계로 인하여 플렉서블 특성을 구현하기에는 무리가 있다.On the other hand, one of the memory devices, the resistance-changing memory device, has received the most attention as a next-generation non-volatile memory due to its simple metal insulator metal (MIM) structure and excellent operating characteristics, and is actively researched. The resistance-changing memory device has an advantage that a program operation is 100 times faster than a flash memory and can operate at a voltage lower than 5V. However, due to the structural limitations of MIM, it is difficult to implement flexible characteristics.
플렉서블 메모리 소자의 제조방법으로 결정구조를 이용하는 선행특허로 대한민국 특허출원 10-2011-0088045호 등이 있으나, 플렉서블 특성과 저항변화 특성을 한꺼번에 해결한 선행기술은 개시되지 못한 상황이다.As a prior patent that uses a crystal structure as a method of manufacturing a flexible memory device, there is Korean Patent Application No. 10-2011-0088045, etc., but prior art that solves the flexible characteristics and resistance change characteristics at once is not disclosed.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 플렉서블한 저항변화 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a flexible resistance change memory device and a manufacturing method thereof.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 플렉서블 기판과, 상기 플렉서블 기판 상에 적층된 그래핀층을 포함하는 하부전극; 상기 그래핀층 상에 적층되며, 페로브스카이트 물질을 포함하는 저항변화층; 및 상기 저항변화층 상에 적층된 상부전극을 포함하며, 상기 하부전극은 플렉서블 특싱을 갖는 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is a lower electrode including a flexible substrate and a graphene layer stacked on the flexible substrate; A resistance change layer stacked on the graphene layer and including a perovskite material; And an upper electrode stacked on the resistive change layer, wherein the lower electrode has a flexible characteristic, and provides a nonvolatile flexible resistive change memory device.
본 발명의 일 실시예에서 상기 플렉서블 기판은 PET이다. In one embodiment of the present invention, the flexible substrate is PET.
본 발명의 일 실시예에서 상기 그래핀은 화학기상증착법에 의하여 플렉서블 기판 상에 증착된다. In one embodiment of the present invention, the graphene is deposited on the flexible substrate by chemical vapor deposition.
본 발명의 일 실시예에서 상기 저항변화층은 할라이드 페로브스카이트 물질을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the resistive change layer includes a halide perovskite material.
본 발명은 또한 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자 제조방법으로, 플레서블 기판 상에 그래핀을 증착하여 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극 상에 페로브스카이트 물질을 포함하는 저항변화층을 형성하는 단계; 및 상기 저항변화층 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자 제조방법을 제공한다. The present invention is also a method for manufacturing a nonvolatile flexible resistance change memory device, comprising: depositing graphene on a flexible substrate to form a lower electrode; Forming a resistance change layer comprising a perovskite material on the lower electrode; And forming an upper electrode on the resistance change layer.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 플렉서블 기판은 PET이다. In one embodiment of the present invention, the flexible substrate is PET.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 그래핀은 화학기상증착법의하여 플렉서블 기판 상에 증착된다. In one embodiment of the present invention, the graphene is deposited on a flexible substrate by chemical vapor deposition.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 저항변화층은 할라이드 페로브스카이트 물질을 포함한다. In one embodiment of the invention, the resistive change layer comprises a halide perovskite material.
본 발명에 따르면, 플렉서블 기판 상에 그래핀과 같은 2차원 전극물질을 적층하여 실질적으로 기판의 하부 전극을 플렉서블 2차원 전극 구조로 구성한다. 이로써 플렉서블 특성을 갖는 저항변화 메모리 소자의 제조가 가능하다.According to the present invention, a two-dimensional electrode material such as graphene is stacked on a flexible substrate to substantially configure the lower electrode of the substrate as a flexible two-dimensional electrode structure. Accordingly, it is possible to manufacture a resistance-change memory device having flexible characteristics.
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 비휘발성 메모리 소자의 단면도 및 제조방법의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 그래핀/PET 상에 합성된 할라이드 페로브스카이트 저항변화층 (MAPbI3) 박막에 대한 SEM 표면사진이다.
도 4는 Ag/ MAPbI3/그래핀/PET 메모리 소자에 대한 IV 스윕 실험 결과이다.1 and 2 are cross-sectional views of a flexible nonvolatile memory device and a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
3 is a SEM surface photograph of a halide perovskite resistance change layer (MAPbI 3 ) thin film synthesized on graphene/PET according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is the results of the IV sweep experiment for Ag/ MAPbI 3 /graphene/PET memory device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the present invention. However, in the detailed description of a preferred embodiment of the present invention, when it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is said to be'connected' to another part, it is not only'directly connected', but also'indirectly connected' with another element in between. Includes. In addition, "including" a component means that other components may be further included instead of excluding other components, unless otherwise stated.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 전극 특성을 가지지 않은 플렉서블 기판에 그래핀을 적층하여 이를 비휘발성 메모리 소자의 하부전극으로 활용하는 방법을 제공한다. 본 명세서에서 플렉서블이라 함은 적어도 소정 각도(예를 들어 10도 이상의 각도)로 휘어지어도 충분한 회복력을 가지는 탄성을 의미한다.The present invention provides a method of stacking graphene on a flexible substrate having no electrode characteristics and using it as a lower electrode of a nonvolatile memory device in order to solve the above-described problem. The term flexible in the present specification means elasticity having a sufficient recovery force even when bent at least a predetermined angle (for example, an angle of 10 degrees or more).
본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자의 단면도는 도 1에 도시된다.1 is a cross-sectional view of a nonvolatile memory device according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 비휘발성 메모리 소자는 플렉서블 기판(101) 상에 적층된 그래핀(102)을 하부전극으로 포함한다. 즉, PET와 같이 플렉서블 특성을 가지나 전극으로서의 전압을 인가하기에는 부적절한 기판 상에 기판의 플렉서블 특성을 그대로 유지하면서도 전압 인가를 가능하게 한하는 그래핀(102)을 증착하여 비휘발성 저항변화 메모리 소자에 플렉서블 특성을 부여하였다.Referring to FIG. 1, a flexible nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention includes
상기 그래핀(102) 상에는 페로브스카이트 물질에 기반한 저항변화층(200)이 적층된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 저항변화층(200)은 할라이드 페로브스카이트 물질을 포함하는데, 본 발명의 일 실시예에서는 MAPbI3가 저항변화층(200)으로 사용되었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.On the
상기 저항변화층(200) 상으로는 상부전극(300)이 구비되는데, 본 발명의 일 실시예에서는 은(Ag)이 사용되었다 .An
상술한 바와 같이 본 발명은 하부 전극으로 딱딱한 별도의 금속박막의 적층 없이도, PET와 같은 플렉서블 기판 상에 그래핀을 하부전극의 전압 인가 소재로 그대로 활용하여 플렉서블한 메모리 소자를 제조할 수 있었다.As described above, the present invention was able to manufacture a flexible memory device by using graphene as a voltage application material of the lower electrode on a flexible substrate such as PET, without laminating a separate metal thin film that is hard as the lower electrode.
도 2는 도 1에 따른 메모리 소자의 제조방법의 단계도이다.2 is a step diagram of a method of manufacturing a memory device according to FIG. 1.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 비휘발성 저항변화 메모리 소자는, 플레서블 기판 상에 그래핀을 증착하여 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극 상에 페로브스카이트 물질을 포함하는 저항변화층을 형성하는 단계; 및 상기 저항변화층 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함한다. Referring to FIG. 2, a flexible nonvolatile resistance change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention includes forming a lower electrode by depositing graphene on a flexible substrate; Forming a resistance change layer comprising a perovskite material on the lower electrode; And forming an upper electrode on the resistance change layer.
이하 실험예를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저항변화 메모리 소자의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a resistance change memory device according to an exemplary embodiment will be described in more detail through experimental examples.
본 발명의 일 실시예에서는 메일암모늄(MA)를 사용하여 MAPbI3를 저항변화층 물질을 제조하였다. In one embodiment of the present invention, MAPbI3 was prepared using a mail ammonium (MA) to prepare a resistance change layer material.
이를 위하여 MAI와 PbI2를 무수 DMF에서 2시간 동안 교반하여 용액을 제조하였다. To this end, a solution was prepared by stirring MAI and PbI 2 in anhydrous DMF for 2 hours.
이후 그래핀/PET(폴리에틸렌테레프칼레이트(Polyethylene terephtalate)) 기판(하부전극) 상에 상기 제조된 용액을 스핀 코팅하고 핫 플레이트에서 어닐링하였다. 이후 상온에서 냉각시킨 후 은을 상부전극으로 e-빔 증발공정으로 상기 저항변화층 박막 상에 증착시켰다.Then, the prepared solution was spin coated on a graphene/PET (Polyethylene terephtalate) substrate (lower electrode) and annealed in a hot plate. Thereafter, after cooling at room temperature, silver was deposited on the thin film of the resistive change layer by an e-beam evaporation process as an upper electrode.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 그래핀/PET 상에 합성된 할라이드 페로브스카이트 저항변화층 (MAPbI3) 박막에 대한 SEM 표면사진이다.3 is a SEM surface photograph of a halide perovskite resistance change layer (MAPbI 3 ) thin film synthesized on graphene/PET according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 그래핀 상에 약 400nm 수준의 두께로 할라이드 페로브스카이트 저항변화층이 잘 증착된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the halide perovskite resistance change layer was well deposited on the graphene to a thickness of about 400 nm.
도 4는 Ag/ MAPbI3/그래핀/PET 메모리 소자에 대한 IV 스윕 실험 결과이다.Figure 4 is the results of the IV sweep experiment for Ag/ MAPbI 3 /graphene/PET memory device.
도 4를 참조하면, 0 V → 0.3 V → 0 V → -0.3 V → 0 V 순서로 메모리 소자 상부 전극에 직류 전압을 가해주었을 때, 소자의 기존 높은 저항 상태(High Resistance State(HRS), 낮은 전류 상태)가 낮은 저항 상태(Low Resistance State(LRS), 높은 전류 상태)로 스위칭 되고, 반대 전압 방향에서 다시 낮은 저항 상태가 높은 저항상태로 스위칭 되는 특성을 보이는 것을 알 수 있다. 따라서, PET와 같은 절연 특성의 플렉서블 기판에 그래핀층을 적층함으로써 저항변화 메모리 소자의 동작 특성을 유도할 수 있는 하부전극을 효과적으로 구현할 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 소자는 Ω 105 의 온오프 저항비를 가졌다. Referring to FIG. 4, when a DC voltage is applied to the upper electrode of the memory device in the order of 0 V → 0.3 V → 0 V → -0.3 V → 0 V, the existing high resistance state (HRS) of the device is low. It can be seen that the current state) is switched to a low resistance state (LRS), and the low resistance state is switched to a high resistance state again in the opposite voltage direction. Therefore, it can be seen that the lower electrode capable of inducing the operating characteristics of the resistance-changing memory device can be effectively implemented by stacking a graphene layer on a flexible substrate having insulating properties such as PET. The memory device according to an embodiment of the present invention has an on-off resistance ratio of Ω 10 5 .
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and accompanying drawings. For those skilled in the art to which the present invention pertains, it will be apparent that components, according to the present invention, may be substituted, modified and changed without departing from the technical spirit of the present invention.
Claims (8)
상기 그래핀층 상에 적층되며, 페로브스카이트 물질을 포함하는 저항변화층; 및
상기 저항변화층 상에 적층된 상부전극을 포함하며,
상기 하부전극은 플렉서블 특싱을 갖는 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자.A lower electrode including a flexible substrate and a graphene layer stacked on the flexible substrate;
A resistance change layer stacked on the graphene layer and including a perovskite material; And
It includes an upper electrode stacked on the resistance change layer,
The lower electrode has a flexible characteristic, characterized in that the nonvolatile flexible resistance change memory device.
상기 플렉서블 기판은 PET인 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자.According to claim 1,
The flexible substrate is a non-volatile flexible resistance change memory device, characterized in that the PET.
상기 그래핀은 화학기상증착법의하여 플렉서블 기판 상에 증착된 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자.According to claim 1,
The graphene is a nonvolatile flexible resistance change memory device characterized in that it is deposited on a flexible substrate by a chemical vapor deposition method.
상기 저항변화층은 할라이드 페로브스카이트 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자.According to claim 1,
The resistance change layer is a non-volatile flexible resistance change memory device comprising a halide perovskite material.
플레서블 기판 상에 그래핀을 증착하여 하부전극을 형성하는 단계;
상기 하부전극 상에 페로브스카이트 물질을 포함하는 저항변화층을 형성하는 단계; 및
상기 저항변화층 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자 제조방법.As a method of manufacturing a nonvolatile flexible resistance change memory device,
Depositing graphene on the flexible substrate to form a lower electrode;
Forming a resistance change layer comprising a perovskite material on the lower electrode; And
And forming an upper electrode on the resistive change layer.
상기 플렉서블 기판은 PET인 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자 제조방법.The method of claim 5,
The flexible substrate is a non-volatile flexible resistance change memory device manufacturing method characterized in that the PET.
상기 그래핀은 화학기상증착법의하여 플렉서블 기판 상에 증착된 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자 제조방법.The method of claim 5,
The graphene is a nonvolatile flexible resistance change memory device manufacturing method characterized in that it is deposited on a flexible substrate by a chemical vapor deposition method.
상기 저항변화층은 할라이드 페로브스카이트 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 플렉서블 저항변화 메모리 소자 제조방법.The method of claim 5,
The resistive change layer is a non-volatile flexible resistive change memory device manufacturing method comprising a halide perovskite material.
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| Kim et al. | Reproducible resistance switching characteristics of hafnium oxide-based nonvolatile memory devices | |
| Lee et al. | High current density and nonlinearity combination of selection device based on TaO x/TiO2/TaO x structure for one selector–one resistor arrays | |
| Xie et al. | Nitrogen-induced improvement of resistive switching uniformity in a HfO2-based RRAM device | |
| US11211405B2 (en) | Variable low resistance line nonvolatile memory device and method for operating same | |
| Rahaman et al. | Impact of TaOx nanolayer at the GeSex/W interface on resistive switching memory performance and investigation of Cu nanofilament | |
| Sharma et al. | Unipolar resistive switching behavior of amorphous YCrO3 films for nonvolatile memory applications | |
| Kim et al. | Highly durable and flexible memory based on resistance switching | |
| Tu et al. | Memory effect in the current-voltage characteristic of 8-hydroquinoline aluminum salt films | |
| Chen et al. | Stabilizing resistive switching performances of TiN/MgZnO/ZnO/Pt heterostructure memory devices by programming the proper compliance current | |
| KR20080064353A (en) | Resistive random access memory and manufacturing method for the same | |
| Chen et al. | Multilevel resistive switching effect in sillenite structure Bi12TiO20 thin films | |
| Xu et al. | Bipolar and unipolar resistive switching modes in Pt/Zn0. 99Zr0. 01O/Pt structure for multi-bit resistance random access memory | |
| Milano et al. | Unravelling resistive switching mechanism in ZnO NW arrays: the role of the polycrystalline base layer | |
| KR102608120B1 (en) | The Resistance Random Access Memory | |
| Prakash et al. | Self-compliance-improved resistive switching using Ir/TaO x/W cross-point memory | |
| Hota et al. | Electroforming-free resistive switching memory effect in transparent p-type tin monoxide | |
| Cheng et al. | One-step solution deposited all-inorganic perovskite CsPbBr3 film for flexible resistive switching memories | |
| KR20200073082A (en) | Flexible nonvolatile resistive switching memory and manufacturing method for the same | |
| Du et al. | Stable nonpolar resistive switching characteristics in Cu/Cu-dispersed ZrO2/Pt memory devices | |
| Wang et al. | Ultralow operation voltages of a transparent memristor based on bilayer ITO | |
| Haque et al. | Halide perovskite memtransistor enabled by ion migration | |
| Wu et al. | Compliance current dependence of conversion between bipolar, unipolar, and threshold resistance switching in Mn3O4 films | |
| KR102210923B1 (en) | Nonvolatile resistive switching memory device comprising halide perovskite material and manufacturing method for the same | |
| Zhao et al. | High mechanical endurance RRAM based on amorphous gadolinium oxide for flexible nonvolatile memory application | |
| Singh et al. | Origin of tri-state resistive switching characteristics in SiCN thin films for high-temperature ReRAM applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X601 | Decision of rejection after re-examination | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision |