KR20200136332A - Electronic device based on ion concentration and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20200136332A KR1020200133063A KR20200133063A KR20200136332A KR 20200136332 A KR20200136332 A KR 20200136332A KR 1020200133063 A KR1020200133063 A KR 1020200133063A KR 20200133063 A KR20200133063 A KR 20200133063A KR 20200136332 A KR20200136332 A KR 20200136332A
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Abstract

Disclosed are an electronic device in accordance with the ion concentration, and a manufacturing method thereof. According to the present invention, the electronic device comprises an upper electrode, an active layer, and a lower electrode, the ion concentration of the active layer is controlled to provide different electronic device characteristics (a battery, a two-terminal switch, and a memory), and only the ion concentration is controlled in the same process structure such as the same type of material to realize the electronic device having three characteristics, a battery, a switch, and a memory. Also, a method for controlling the ion concentration uses (1) a method using an active layer containing ions, (2) a method for doping or diffusing ions to an active layer, and (3) a method using an ion source layer. The method using the ion source layer (FIG. 2) may have other structures. Firstly, a method using an upper or lower electrode as an ion source layer, a method for inserting an ion source layer between an upper electrode and an active layer, and a method for inserting an ion source layer between a lower electrode and an active layer are used.

Description

이온 농도에 따른 전자소자와 그 제조 방법{Electronic device based on ion concentration and manufacturing method thereof}Electronic device based on ion concentration and manufacturing method thereof

본 발명은 이온 농도에 따른 전자소자와 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부전극-활성층-하부전극으로 구성된 구조에서 활성층(active layer)의 이온(ion)의 농도를 제어하여 각기 다른 전자소자 특성(배터리, 2단자 스위치, 메모리)을 제공하며, 활성층에 사용되는 이온의 종류는 금속이온(Ag, Cu, Li, Mg...) 또는 양이온(oxygen vacancy, Na+, Ca+...)이 사용되며, 동종의 물질과 같은 공정 구조에서 이온의 농도만을 제어하여 세 가지 배터리, 스위치, 메모리 특성을 갖는 전자소자를 구현하는, 이온 농도에 따른 전자소자와 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic device according to ion concentration and a method of manufacturing the same, and more particularly, in a structure composed of an upper electrode-active layer-lower electrode, by controlling the concentration of ions in an active layer, different electrons Device characteristics (battery, 2-terminal switch, memory) are provided, and the types of ions used in the active layer are metal ions (Ag, Cu, Li, Mg...) or cations (oxygen vacancy, Na+, Ca+...) The present invention relates to an electronic device according to ion concentration and a method of manufacturing the same, which implements an electronic device having three battery, switch, and memory characteristics by controlling only the concentration of ions in the same process structure as the same material.

배터리, 스위치, 메모리 등의 전자 소자를 보다 효율적으로 제작하기 위해, 동종의 물질과 같은 공정을 사용하여야 하며, 하지만 지금까지는 각 전자 소자의 특성을 확보하기 위하여 해당 소자의 특정 물질과 구조(배터리 소자, 트랜지스터를 사용한 스위치 소자 -

Figure pat00001
실리콘 산화물,
Figure pat00002
하프늄 산화물, 메모리용 소자 -
Figure pat00003
실리콘 산화물,
Figure pat00004
하프늄 산화물,
Figure pat00005
탄탈 산화물 등)를 사용하였다.In order to more efficiently manufacture electronic devices such as batteries, switches, and memories, the same process as the same material should be used, but until now, in order to secure the characteristics of each electronic device, a specific material and structure of the device (battery device , Switch element using transistor-
Figure pat00001
Silicon oxide,
Figure pat00002
Hafnium oxide, memory device-
Figure pat00003
Silicon oxide,
Figure pat00004
Hafnium oxide,
Figure pat00005
Tantalum oxide, etc.) was used.

특히, 배터리는 에너지 저장 소자로 사용되며, 트랜지스터를 사용한 2단자 또는 3단자 스위치는 스위칭 소자, 메모리는 정보 저장 소자로 사용된다. In particular, a battery is used as an energy storage element, a two-terminal or three-terminal switch using a transistor is used as a switching element, and a memory is used as an information storage element.

스위치 소자는 2단자 소자와 FET 등의 3단자 소자가 사용되며 주로 사용되는 트랜지스터는

Figure pat00006
실리콘 산화물이 주로 사용된다. Switch elements are two-terminal elements and three-terminal elements such as FET, and the mainly used transistors are
Figure pat00006
Silicon oxide is mainly used.

예를들면, 메모리 소자에서, 탄탈 산화물(

Figure pat00007
)은 유전율이 높고(예 30) 누설 전류는 작기 때문에 DRAM 커패시터와 같은 응용을 위한 고유전율 재료로 사용된다.For example, in a memory device, tantalum oxide (
Figure pat00007
) Is used as a high dielectric constant material for applications such as DRAM capacitors because of its high dielectric constant (example 30) and low leakage current.

메모리 소자는 DRAM, 플래시 메모리 등 반도체 기억소자이며, 차세대 메모리소자로는 PRAM (Phase change RAM), ReRAM (Resistance RAM), MRAM (Magnetic RAM, 특히 STT-MRAM) 등이 연구되고 있으며, 특히 ReRAM 소자는 저항변화물질의 산화환원 반응에 의한 저항차이를 사용하는 메모리 소자로써 금속-절연체-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 구조를 가지고 있으며 소자의 미세화나 수직 방향으로의 적층에 유리하다. 장기적으로 볼 때 NAND Flash memory를 대체할 수 있는 고밀도 메모리 소자로서의 가능성을 가지고 있고, 멤리스터(Memristor) 소자와 같이 뉴로모픽(Neuromorphic) 분야에서 시냅스 모방소자로서 응용될 가능성이 있다. Memory devices are semiconductor memory devices such as DRAM and flash memory, and as next-generation memory devices, PRAM (Phase Change RAM), ReRAM (Resistance RAM), MRAM (Magnetic RAM, especially STT-MRAM) are being studied. In particular, ReRAM devices Is a memory device that uses the difference in resistance due to the oxidation-reduction reaction of the resistance-changing material. It has a metal-insulator-metal (MIM) structure and is advantageous for miniaturization of the device or stacking in a vertical direction. In the long term, it has the potential as a high-density memory device that can replace NAND Flash memory, and it is likely to be applied as a synaptic-mimicking device in the neuromorphic field such as a memristor device.

최근, 반도체 공정의 미세화와 고집적화가 점점 어려워지면서 DRAM 등의 전하 기반의 메모리 소자의 한계를 극복하고, 이를 대체할 수 있는 차세대 메모리소자에 대한 필요성은 점점 높아지고 있다. 또한, 뉴로모픽 컴퓨팅과 같이 폰노이만 구조에서 벗어난 컴퓨팅 구조를 개발하려고 연구되고 있다. 멤리스터 및 저항변화 메모리 소자는 이러한 연구개발 시도 중 하나이다. 저항 변화 메모리 소자는 매우 다양한 절연체에서 나타나는 저항변화 현상을 사용해 정보를 저장하는 메모리 소자이다. 저항 변화 메모리 소자는 일반적으로 매우 단순한 MIM구조로 제작되며, 상부 전극과 하부 전극의 소자 양단에 적절한 전기적 자극을 가해줌으로서 ON 상태와 OFF상태로 스위칭을 할 수 있다. 특히, 저항이 높아 전류가 잘 흐르지 않는 OFF state를 HRS(High Resistance State)라고 하며, 반대로 저항이 낮아 전류가 잘 흐르는 ON state를 LRS(Low Resistance State)라고 한다. 저항 변화 메모리 소자는 소자 양단에 가해진 전기적 자극에 따라 HRS에서 LRS로 또는 LRS에서 HRS로 저 항변화가 일어나는데, HRS에서 LRS로 스위칭 하는 과정을 SET process라고 하며, 반대로 LRS에서 HRS로 스위칭 하는 과정을 RESET process라고 한다.Recently, as semiconductor processes have become increasingly difficult to achieve miniaturization and high integration, the need for a next-generation memory device capable of overcoming the limitations of charge-based memory devices such as DRAM and replacing them is increasing. In addition, research is being conducted to develop a computing structure that deviates from the Vonneumann structure, such as neuromorphic computing. Memristor and resistance variable memory devices are one of these research and development attempts. A resistance change memory device is a memory device that stores information using a resistance change phenomenon occurring in a wide variety of insulators. The resistance change memory device is generally manufactured in a very simple MIM structure, and it can switch between the ON and OFF states by applying appropriate electrical stimulation to both ends of the upper electrode and the lower electrode. In particular, the OFF state in which current does not flow well due to high resistance is called HRS (High Resistance State), and the ON state in which current flows well due to low resistance is called LRS (Low Resistance State). Resistance change memory element has resistance change from HRS to LRS or from LRS to HRS according to the electrical stimulation applied to both ends of the element.The process of switching from HRS to LRS is called SET process, and on the contrary, the process of switching from LRS to HRS is reset. It is called process.

이와 관련된 선행기술1로써, 특허 등록번호 1001223940000에서는 "고농도의 산소이온 주입법을 이용한 소자절연방법"에 관한 것으로, 종래에 비아드즈 바이크에 의해 활성영역이 축소되어 공정여유도가 감소하게 되고, 또한, 부가공정에 의한 공정이 용이하지 않은 문제점을 해결하기 위해 규소기판(21)표면에 소자절연영역(24)을 포토레지스트(23) 또는 그 이외의 이온주입마스크를 사용하여 폐단을 형성한 후 이후 고농도의 산소원자를 이온주입한 다음, 포토레지스트 또는 그 이외의 이온주입마스크를 제거하고, 고온의 열처리공정을 하여 표면에 산화막(22)을 형성함으로써 소자의 절연영역을 고농도 산소이온 주입을 이용하여 정확히 절약할 수 있으며, 소자의 절연면적을 최소화함으로써 초고집적화가 용이할 수가 있다. As a prior art 1 related to this, patent registration number 1001223940000 relates to "a device insulation method using a high concentration oxygen ion implantation method", and the active area is reduced by the conventional Viaads bike, thereby reducing the process margin. In order to solve the problem that the process by the additional process is not easy, the device insulation region 24 on the surface of the silicon substrate 21 is formed with a photoresist 23 or other ion implantation mask, and then high concentration. After ion implantation of the oxygen atom, the photoresist or other ion implantation mask is removed, and the oxide film 22 is formed on the surface by performing a high-temperature heat treatment process, thereby accurately correcting the insulating region of the device using high concentration oxygen ion implantation. Saving can be achieved, and ultra-high integration can be facilitated by minimizing the insulating area of the device.

그러나, 기존 소자는 상부 전극 - 활성층 - 하부 전극으로 구성된 구조에서 활성층의 이온의 농도(예, Ag)를 제어하여 각각 다른 전자소자 특성(배터리, 2단자 스위치, 메모리)을 제공하지 않았다. However, conventional devices do not provide different electronic device characteristics (battery, two-terminal switch, memory) by controlling the concentration of ions (eg, Ag) in the active layer in a structure composed of an upper electrode-an active layer-a lower electrode.

특허 등록번호 10-01223940000 (등록일자 1997년 09월 04일), "고농도의 산소이온 주입법을 이용한 소자절연방법", 한국전자통신연구원Patent registration number 10-01223940000 (Registration date September 04, 1997), "Device insulation method using high concentration oxygen ion implantation method", Electronics and Telecommunications Research Institute

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 상부전극-활성층-하부전극으로 구성된 구조에서 활성층의 이온(ion)의 농도를 제어하여 각기 다른 전자소자 특성(배터리, 2단자 스위치, 메모리)을 제공하며, 활성층에 사용되는 이온의 종류는 금속이온(Ag, Cu, Li, Mg...) 또는 양이온(oxygen vacancy, Na+, Ca+...)이 사용되며, 동종의 물질과 같은 공정 구조에서 이온의 농도만을 제어하여 세 가지 배터리, 스위치, 메모리 특성을 갖는 전자소자를 구현하는, 이온 농도에 따른 전자소자와 제작방법을 제공한다. An object of the present invention for solving the above problem is to provide different electronic device characteristics (battery, two-terminal switch, memory) by controlling the concentration of ions in the active layer in a structure consisting of an upper electrode-active layer-lower electrode, and , The types of ions used in the active layer are metal ions (Ag, Cu, Li, Mg...) or cations (oxygen vacancy, Na+, Ca+...), and ions are used in the same process structure as the same material. Provides an electronic device according to ion concentration and a manufacturing method that implements an electronic device having three battery, switch, and memory characteristics by controlling only the concentration.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 이온 농도에 따른 전자소자는 하부 전극; 상기 하부 전극 위에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 위에 형성된 상부 전극을 포함하는 전자 소자를 구비하며,In order to achieve the object of the present invention, the electronic device according to the ion concentration includes a lower electrode; An active layer formed on the lower electrode; And an electronic device including an upper electrode formed on the active layer,

상기 활성층에 사용되는 이온의 종류는 금속이온 Cu, Li, Mg 또는 양이온(oxygen vacancy) Na+, Ca+이 사용되며, 상기 활성층은 절연 특성을 가지는 모든 종류의 물질이 사용되고, The types of ions used in the active layer are metal ions Cu, Li, Mg or cation (oxygen vacancy) Na+, Ca+, and all kinds of materials having insulating properties are used for the active layer,

상기 전자 소자의 이온의 농도를 제어하는 방법은 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법, (3) 이온 소스층을 이용하는 방법 중 어느 하나를 사용하며, The method of controlling the concentration of ions in the electronic device includes any one of (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer, and (3) a method of using an ion source layer. Use,

상기 활성층은 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법을 사용하지 않는 경우, In the case of not using (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer,

상부 전극과 활성층 사이에 삽입된 이온 소스층; 또는 상기 하부 전극과 상기 활성층 사이에 삽입된 이온 소스층을 더 포함하며, An ion source layer interposed between the upper electrode and the active layer; Or an ion source layer interposed between the lower electrode and the active layer,

상기 상부 전극-활성층-하부 전극 구조에서 상기 활성층 내에 사용된 Ag 이온 0% doping시, 상기 활성층에 Ag 이온이 없으면, 이온 농도에 따른 전자 소자의 상부 전극과 하부 전극에 -4V ~ +4V 전압을 인가하면 100nA 이하의 전류가 흐르므로, 상기 활성층은 절연체 특성을 보이며, 상기 소자의 상부 전극-활성층-하부 전극 구조는 금속-절연체-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 구조를 가지며, When doping 0% of Ag ions used in the active layer in the upper electrode-active layer-lower electrode structure, if there is no Ag ions in the active layer, a voltage of -4V to +4V is applied to the upper electrode and the lower electrode of the electronic device according to the ion concentration. When applied, since a current of 100 nA or less flows, the active layer exhibits insulator characteristics, and the upper electrode-active layer-lower electrode structure of the device has a metal-insulator-metal (MIM) structure,

상기 이온 농도에 따른 전자 소자의 상부 전극-활성층-하부 전극 구조에서 활성 층 내에 Ag 이온의 농도가 0.008%로 높아졌을 때, 상기 소자는 에너지 저장 소자 인 실버 이온 배터리의 특성을 가지며,When the concentration of Ag ions in the active layer in the upper electrode-active layer-lower electrode structure of the electronic device according to the ion concentration is increased to 0.008%, the device has the characteristics of a silver ion battery as an energy storage device,

상기 이온 농도에 따른 전자 소자는 에너지 저장 소자 인 배터리, 트랜지스터를 사용하는 2단자 스위치, 정보 저장 소자 인 메모리에 사용된다. The electronic device according to the ion concentration is used in a battery as an energy storage device, a two-terminal switch using a transistor, and a memory as an information storage device.

본 발명의 이온 농도에 따른 전자소자와 그 제조 방법은 상부전극-활성층-하부전극으로 구성된 구조에서 활성층의 이온(ion)의 농도를 제어하여 각기 다른 전자소자 특성(배터리, 2단자 스위치, 메모리)을 제공하며, 활성층에 사용되는 이온의 종류는 금속이온(Ag, Cu, Li, Mg...) 또는 양이온(oxygen vacancy, Na+, Ca+...)이 사용되며, 동종의 물질과 같은 공정 구조에서 이온의 농도만을 제어하여 세 가지 배터리, 스위치, 메모리 특성을 갖는 전자소자를 구현하였으며, 에너지 저장 소자(배터리), 트랜지스터를 사용하는 2단자 스위치 소자(스위치), 정보 저장 소자(메모리)에 사용될 수 있다. The electronic device and its manufacturing method according to the ion concentration of the present invention control the concentration of ions in the active layer in a structure consisting of an upper electrode-an active layer-a lower electrode, so that different electronic device characteristics (battery, two-terminal switch, memory). And, as the type of ions used in the active layer, metal ions (Ag, Cu, Li, Mg...) or cations (oxygen vacancy, Na+, Ca+...) are used, and the same process structure as the same material By controlling only the concentration of ions in the device, an electronic device having three battery, switch, and memory characteristics was implemented. I can.

이온 농도에 따른 전자소자는 에너지 저장 소자(배터리), 트랜지스터를 사용하는 2단자 스위치 소자(스위치), 정보 저장 소자(메모리)가 사용되는 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자 및 IC 칩, IoT 기기, Wearable 소자 등에 응용될 수 있다. Electronic devices according to ion concentration include semiconductor devices and IC chips, IoT devices, wearable devices including transistors in which energy storage devices (batteries), two-terminal switch devices (switches) using transistors, information storage devices (memory) are used. It can be applied to the back.

도 1은 상부 전극, 활성층, 하부 전극으로 구성된 이온 농도에 따른 전자소자의 기본 구조의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 (a), (b), (c)에 따라 이온 소스층이 활용하는 이온 농도에 따른 전자소자의 기본 구조를 갖는 단면도이다.
도 3은 2 weight %의 Ag 이온을 포함한 구조를 보인 사진이다.
도 4는 Ag 이온 doping 농도에 따른 초기 저항 값 변화 보인 그림이다.
도 5는 도 1의 구조에서 활성층 내에 사용된 Ag 이온 0% doping시, 절연체 특성을 보이는 소자의 그림이다.
도 6은 도 1의 구조에서 활성층 내에 Ag 이온의 농도가 0.008%로 높아졌을 때, 소자는 에너지저장 소자(실버 이온 배터리)의 특성을 보여주고 있다.
도 7은 도 1의 구조에서 활성층 내에 Ag 이온의 농도가 0.04%로 더 높아졌을 때, 소자는 스위치 특성을 보여준 그림이다.
도 8은 도 1의 구조에서 활성층 내에 Ag 이온의 농도를 0.2%로 더욱 더 높였을 때, 소자는 메모리 특성을 보여준 그림이다. 1 is a cross-sectional view of a basic structure of an electronic device according to an ion concentration composed of an upper electrode, an active layer, and a lower electrode.
2 is a cross-sectional view showing a basic structure of an electronic device according to an ion concentration utilized by an ion source layer according to Examples (a), (b), and (c) of the present invention.
3 is a photograph showing a structure including Ag ions of 2 weight %.
4 is a diagram showing changes in initial resistance values according to Ag ion doping concentration.
5 is a diagram of a device showing insulator characteristics when doping 0% Ag ions used in the active layer in the structure of FIG. 1.
FIG. 6 shows the characteristics of an energy storage device (silver ion battery) when the concentration of Ag ions in the active layer increases to 0.008% in the structure of FIG. 1.
FIG. 7 is a diagram showing the switch characteristics of the device when the concentration of Ag ions in the active layer is increased to 0.04% in the structure of FIG. 1.
8 is a diagram showing the memory characteristics of the device when the concentration of Ag ions in the active layer is further increased to 0.2% in the structure of FIG. 1.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이온 농도에 따른 전자소자와 그 제조 방법은 상부전극-활성층-하부전극으로 구성된 구조에서 활성층(active layer)의 이온(ion)의 농도를 제어하여 각기 다른 전자소자 특성(배터리, 2단자 스위치, 메모리)을 제공하며, 활성층에 사용되는 이온의 종류는 금속이온(Ag, Cu, Li, Mg...) 또는 양이온(oxygen vacancy, Na+, Ca+...)이 사용되며, 동종의 물질과 같은 공정 구조에서 이온의 농도만을 제어하여 세 가지 배터리, 스위치, 메모리 특성을 갖는 전자소자를 구현하였다. The electronic device and its manufacturing method according to the ion concentration of the present invention control the concentration of ions in the active layer in a structure consisting of an upper electrode, an active layer, and a lower electrode, so that different electronic device characteristics (battery, two terminals Switch, memory), and metal ions (Ag, Cu, Li, Mg...) or cations (oxygen vacancy, Na+, Ca+...) are used as the type of ions used in the active layer, and the same kind of material By controlling only the concentration of ions in the same process structure, an electronic device having three battery, switch, and memory characteristics was implemented.

도 1은 상부 전극, 활성층, 하부 전극으로 구성된 이온 농도에 따른 전자소자의 기본 구조의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a basic structure of an electronic device according to an ion concentration composed of an upper electrode, an active layer, and a lower electrode.

본 발명의 이온 농도에 따른 전자소자는 The electronic device according to the ion concentration of the present invention

하부 전극(30); A lower electrode 30;

상기 하부 전극(30) 위에 형성된 활성층(20); 및 An active layer 20 formed on the lower electrode 30; And

상기 활성층(20) 위에 형성된 상부 전극(10)을 포함하는 전자 소자를 구비하며, And an electronic device including an upper electrode 10 formed on the active layer 20,

상기 전자 소자의 이온의 농도를 제어하는 방법은 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법, (3) 이온 소스층을 이용하는 방법 중 어느 하나를 사용하며, The method of controlling the concentration of ions in the electronic device includes any one of (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer, and (3) a method of using an ion source layer. Use,

상기 활성층(20)은 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법을 사용하지 않는 경우, In the case of not using (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer,

상부 전극(10)과 활성층(20) 사이에 삽입된 이온 소스층; 또는 상기 하부 전극(30)과 상기 활성층(20) 사이에 삽입된 이온 소스층을 더 포함하며, An ion source layer interposed between the upper electrode 10 and the active layer 20; Or an ion source layer interposed between the lower electrode 30 and the active layer 20,

상기 상부 전극-활성층-하부 전극 구조에서 상기 활성층 내에 사용된 Ag 이온 0% doping시, 상기 활성층에 Ag 이온이 없으면, 이온 농도에 따른 전자 소자의 상부 전극과 하부 전극에 -4V ~ +4V 전압을 인가하면 100nA 이하의 전류가 흐르므로, 상기 활성층은 절연체 특성을 보이며, 상기 소자의 상부 전극-활성층-하부 전극 구조는 금속-절연체-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 구조를 가지며, When doping 0% of Ag ions used in the active layer in the upper electrode-active layer-lower electrode structure, if there is no Ag ions in the active layer, a voltage of -4V to +4V is applied to the upper electrode and the lower electrode of the electronic device according to the ion concentration. When applied, since a current of 100 nA or less flows, the active layer exhibits insulator characteristics, and the upper electrode-active layer-lower electrode structure of the device has a metal-insulator-metal (MIM) structure,

상기 이온 농도에 따른 전자 소자의 상부 전극-활성층-하부 전극 구조에서 활성 층 내에 Ag 이온의 농도가 0.008%로 높아졌을 때, 상기 소자는 에너지 저장 소자 인 실버 이온 배터리의 특성을 가지며,When the concentration of Ag ions in the active layer in the upper electrode-active layer-lower electrode structure of the electronic device according to the ion concentration is increased to 0.008%, the device has the characteristics of a silver ion battery as an energy storage device,

상기 이온 농도에 따른 전자 소자는 에너지 저장 소자 인 배터리, 트랜지스터를 사용하는 2단자 스위치, 정보 저장 소자 인 메모리에 사용된다. The electronic device according to the ion concentration is used in a battery as an energy storage device, a two-terminal switch using a transistor, and a memory as an information storage device.

또한, 본 발명의 이온 농도에 따른 전자소자 제조 방법은 (a) 하부 전극; 상기 하부 전극 위에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 위에 형성된 상부 전극을 포함하는 전자 소자를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 전자 소자의 이온의 농도를 제어하기 위해 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법, (3) 이온 소스층을 이용하는 방법 중 어느 하나를 사용하는 단계를 포함하며, In addition, the method of manufacturing an electronic device according to the ion concentration of the present invention includes: (a) a lower electrode; An active layer formed on the lower electrode; And manufacturing an electronic device including an upper electrode formed on the active layer. And (b) (1) using an active layer containing ions to control the concentration of ions in the electronic device, (2) doping or diffusion of ions into the active layer, and (3) using an ion source layer. Including the step of using either,

상기 활성층에 사용되는 이온의 종류는 금속이온 Cu, Li, Mg 또는 양이온(oxygen vacancy) Na+, Ca+이 사용되며, 상기 활성층은 절연 특성을 가지는 모든 종류의 물질이 사용되고, The types of ions used in the active layer are metal ions Cu, Li, Mg or cation (oxygen vacancy) Na+, Ca+, and all kinds of materials having insulating properties are used for the active layer,

상기 활성층은 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법을 사용하지 않는 경우, In the case of not using (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer,

상부 전극과 활성층 사이에 삽입된 이온 소스층; 또는 상기 하부 전극과 상기 활성층 사이에 삽입된 이온 소스층을 더 포함하며, An ion source layer interposed between the upper electrode and the active layer; Or an ion source layer interposed between the lower electrode and the active layer,

상기 이온 농도에 따른 전자 소자는 에너지 저장 소자 인 배터리, 트랜지스터를 사용하는 2단자 스위치, 정보 저장 소자 인 메모리에 사용된다. The electronic device according to the ion concentration is used in a battery as an energy storage device, a two-terminal switch using a transistor, and a memory as an information storage device.

활성층(20)에 사용되는 이온의 종류는 금속이온(Ag, Cu, Li, Mg...) 또는 양이온(oxygen vacancy, Na+, Ca+....)이 사용될 수 있다. 활성층(20)은 절연특성을 가지는 모든 종류의 물질이 사용된다. Types of ions used in the active layer 20 may be metal ions (Ag, Cu, Li, Mg...) or cations (oxygen vacancy, Na+, Ca+....). All kinds of materials having insulating properties are used for the active layer 20.

상부 전극(10), 하부 전극(30)은 금속물질 또는 전도성 특성을 가지는 물질을 사용할 수 있다.The upper electrode 10 and the lower electrode 30 may be formed of a metal material or a material having conductive properties.

실시예에서는, 위의 설명된 방식으로 제작된 이온 농도에 따른 전자 소자는 상부 전극(10)은 Ni, 활성층(20)은 Al2O3, 그리고 하부 전극(30)은 Ni를 사용하였다. In the embodiment, the upper electrode 10 is Ni, the active layer 20 is Al 2 O 3 , and the lower electrode 30 uses Ni as the electronic device according to the ion concentration fabricated in the above-described manner.

상기 활성층(20)은 이온(ion)이 없으면, 절연체(insulator) 특성을 가지며, 이 경우, 이온 농도에 따른 전자소자는, 상부 전극(10)-활성층(20)-하부 전극(30) 구조는 금속-절연체-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 구조를 갖는다. When the active layer 20 does not have ions, it has an insulator characteristic, and in this case, the electronic device according to the ion concentration has a structure of the upper electrode 10-the active layer 20-the lower electrode 30 It has a metal-insulator-metal (Metal-Insulator-Metal, MIM) structure.

이온 농도에 따른 전자 소자는 에너지 저장 소자(실버 이온 배터리), 트랜지스터를 사용하는 2단자 스위치 소자(스위치), 정보 저장 소자(메모리)에 사용될 수 있다. The electronic device according to the ion concentration can be used in an energy storage device (silver ion battery), a two-terminal switch device (switch) using a transistor, and an information storage device (memory).

도 1에 도시된 같이, 본 발명은 상부 전극(10) - 활성층(20) - 하부 전극(30)으로 이루어진 구조에서 활성층의 이온(ion)의 농도를 제어하여 각각 다른 전자소자 특성(silver ion 배터리, 트랜지스터의 2단자 스위치, 메모리)을 확보하는 기술을 제공하였다. As shown in FIG. 1, the present invention controls the concentration of ions in the active layer in a structure consisting of an upper electrode 10-an active layer 20-a lower electrode 30 to provide different electronic device characteristics (silver ion battery). , A two-terminal switch of a transistor, and a memory) were provided.

도 2는 본 발명의 실시예 (a), (b), (c)에 따라 이온 소스층이 활용하는 이온 농도에 따른 전자소자의 기본 구조를 갖는 단면도이다. 2 is a cross-sectional view showing a basic structure of an electronic device according to an ion concentration utilized by an ion source layer according to Examples (a), (b), and (c) of the present invention.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자 소자의 이온의 농도를 제어하는 방법은 (1) 이온을 포함한 활성층을 사용하는 방법, (2) 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법, (3) 이온 소스층을 이용하는 방법을 사용한다. 이온 소스 층을 이용하는 방법은 도 2(a), (b), (c)와 같이 다른 구조들이 형성된다. In addition, a method of controlling the concentration of ions in an electronic device according to an embodiment of the present invention includes (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer, and (3) an ion source. Use a layered method. In the method of using the ion source layer, different structures are formed as shown in Figs. 2(a), (b), and (c).

먼저, 상부 전극(10) 또는 하부 전극(30) 자체를 이온 소스층(21)으로 사용하는 방법[도 2(a)], 상부 전극(10)과 활성층(20) 사이에 이온 소스층(21)을 삽입하는 방법[도 2(b)], 그리고 하부 전극(30)과 활성층(20) 사이에 이온 소스 층(21)을 삽입하는 방법[도 2(c)]이 있다.First, a method of using the upper electrode 10 or the lower electrode 30 itself as the ion source layer 21 (Fig. 2(a)), the ion source layer 21 between the upper electrode 10 and the active layer 20 ) Is inserted (Fig. 2(b)), and an ion source layer 21 is inserted between the lower electrode 30 and the active layer 20 [Fig. 2(c)].

상기 전자 소자의 이온의 농도를 제어하는 방법은 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법, (3) 이온 소스층을 이용하는 방법을 사용하며, The method of controlling the concentration of ions in the electronic device includes (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer, and (3) a method of using an ion source layer,

상기 활성층은 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법을 사용하지 않는 경우,In the case of not using (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer,

상부 전극(10)과 활성층(20)과 하부 전극(30)의 구조에서, 상부 전극(10)과 활성층(20) 사이에 삽입된 이온 소스층(21); 또는 In the structure of the upper electrode 10, the active layer 20, and the lower electrode 30, the ion source layer 21 interposed between the upper electrode 10 and the active layer 20; or

상기 하부 전극(30)과 상기 활성층(20) 사이에 삽입된 이온 소스층(21)을 더 포함한다. It further includes an ion source layer 21 interposed between the lower electrode 30 and the active layer 20.

도 2(a)를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 농도에 따른 전자소자는 하부 전극(30); 상기 하부 전극(30) 위에 형성된 활성층(20); 및 상기 활성층(20) 위에 형성된 상부 전극(10)을 포함하며, Referring to FIG. 2(a), the electronic device according to the ion concentration according to the first embodiment of the present invention includes a lower electrode 30; An active layer 20 formed on the lower electrode 30; And an upper electrode 10 formed on the active layer 20,

상기 활성층(20)에 사용되는 이온의 종류는 금속이온 Cu, Li, Mg 또는 양이온(oxygen vacancy) Na+, Ca+이 사용되며, 상기 활성층은 절연 특성을 가지는 모든 종류의 물질이 사용된다. The types of ions used in the active layer 20 are metal ions Cu, Li, Mg, or cation (oxygen vacancy) Na+ and Ca+, and all kinds of materials having insulating properties are used for the active layer.

도 2(b)를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 농도에 따른 전자소자는 하부 전극(30); 상기 하부 전극(30) 위에 형성된 활성층(20); 및 상기 활성층(20)과 상부 전극 사이에 형성되는 이온 소스 층(21); 상기 이온 소스 층(21) 위에 형성되는 상부 전극(10)을 포함한다. Referring to FIG. 2(b), an electronic device according to an ion concentration according to a second embodiment of the present invention includes a lower electrode 30; An active layer 20 formed on the lower electrode 30; And an ion source layer 21 formed between the active layer 20 and the upper electrode. And an upper electrode 10 formed on the ion source layer 21.

도 2(c)를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이온 농도에 따른 전자소자는 하부 전극(30); 상기 하부 전극(30)과 활성층(20) 사이에 형성되는 이온 소스층(21); 상기 이온 소스 층(21) 위에 형성된 활성층(20); 및 상기 활성층(20) 위에 형성된 상부 전극(10)을 포함한다. Referring to FIG. 2(c), an electronic device according to an ion concentration according to a third embodiment of the present invention includes a lower electrode 30; An ion source layer 21 formed between the lower electrode 30 and the active layer 20; An active layer 20 formed on the ion source layer 21; And an upper electrode 10 formed on the active layer 20.

활성층(20)에 사용되는 이온의 종류는 금속이온 (Ag, Cu, Li, Mg....) 또는 양이온 (oxygen vacancy, Na+, Ca+....)이 사용될 수 있다. 활성층(20)은 절연특성을 가지는 모든 종류의 물질을 이용할 수 있다. Types of ions used in the active layer 20 may be metal ions (Ag, Cu, Li, Mg....) or cations (oxygen vacancy, Na+, Ca+....). The active layer 20 may be formed of any type of material having insulating properties.

상부 전극(10), 하부 전극(30)은 금속물질 또는 전도성 특성을 가지는 물질을 사용할 수 있다.The upper electrode 10 and the lower electrode 30 may be formed of a metal material or a material having conductive properties.

실시예에서는, 위의 설명된 방식으로 제작된 이온 농도에 따른 전자 소자는 상부 전극(10)은 Ni, 활성층(20)은 Al2O3, 그리고 하부 전극(30)은 Ni를 사용하였다. In the embodiment, the upper electrode 10 is Ni, the active layer 20 is Al 2 O 3 , and the lower electrode 30 uses Ni as the electronic device according to the ion concentration fabricated in the above-described manner.

이온 농도에 따른 전자 소자는 에너지 저장 소자(실버 이온 배터리), 트랜지스터를 사용하는 2단자 스위치 소자(스위치), 정보 저장 소자(메모리)에 사용될 수 있다. The electronic device according to the ion concentration can be used in an energy storage device (silver ion battery), a two-terminal switch device (switch) using a transistor, and an information storage device (memory).

도 3은 2 weight %의 Ag 이온을 포함한 구조를 보인 사진이다. 3 is a photograph showing a structure including Ag ions of 2 weight %.

도 3은 위의 설명된 방식으로 제작된 이온 농도에 따른 전자 소자를 보여주고 있다. 상부 전극(10)은 Ni, 활성 층(20)은 Al2O3, 그리고 하부 전극(30)은 Ni를 사용하였다. 활성층(20)에 사용된 이온은 Ag를 사용하였으며, 농도 제어를 위하여 활성 층(Al2O3) 내에 Ag 이온을 doping하였다. 활성층에서, Ag 이온 doping 농도가 클수록 초기 저항 값(initial Resistance) 줄어드는 것을 확인하였다(도 4). 3 shows an electronic device according to the ion concentration manufactured in the manner described above. The upper electrode 10 is made of Ni, the active layer 20 is made of Al 2 O 3 , and the lower electrode 30 is made of Ni. Ag was used as the ions used in the active layer 20, and Ag ions were doped in the active layer (Al 2 O 3 ) for concentration control. In the active layer, it was confirmed that as the Ag ion doping concentration increased, the initial resistance decreased (FIG. 4).

도 4는 Ag 이온 doping 농도에 따른 초기 저항 값 변화 보인 그림이다. 4 is a diagram showing changes in initial resistance values according to Ag ion doping concentration.

이하, 도 1의 실시예에서 이온 소스 층을 사용하지 않을때, 도 5-8에 대하여 활성층(20) 내에 도핑된 Ag 이온 농도에 따른 전자 소자의 특성을 설명한다. Hereinafter, when the ion source layer is not used in the embodiment of FIG. 1, characteristics of the electronic device according to the concentration of Ag ions doped in the active layer 20 will be described with reference to FIGS. 5-8.

도 5는 도 1의 상부 전극(10)-활성층(20)-하부 전극(30) 구조에서 활성층(20) 내에 사용된 Ag 이온 0 % doping시, 절연체 특성을 보이는 소자의 그림이다. FIG. 5 is a diagram of a device showing insulator characteristics when doping 0% Ag ions used in the active layer 20 in the structure of the upper electrode 10-active layer 20-lower electrode 30 of FIG. 1.

활성층(20)에 Ag 이온이 없으면, 절연체(insulator) 특성을 가지며, 이 경우, 이온 농도에 따른 전자소자는, 상부 전극(10)-활성층(20)-하부 전극(30) 구조는 금속-절연체-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 구조를 갖는다. If there is no Ag ions in the active layer 20, it has an insulator characteristic, and in this case, the electronic device according to the ion concentration, the upper electrode 10-the active layer 20-the lower electrode 30 has a metal-insulator -It has a metal (Metal-Insulator-Metal, MIM) structure.

활성층(20)에 Ag 이온이 없으면, 소자의 상부 전극(10)과 하부 전극(30)에 -4V ~ +4V 전압을 인가하면 100nA 이하의 전류가 흐르므로, 활성층(20)은 절연체 특성을 갖는다. In the absence of Ag ions in the active layer 20, a current of 100 nA or less flows when a voltage of -4V to +4V is applied to the upper electrode 10 and the lower electrode 30 of the device, so the active layer 20 has an insulator characteristic. .

도 6은 도 1의 상부 전극(10)-활성층(20)-하부 전극(30) 구조에서 활성 층 내에 Ag 이온의 농도가 0.008%로 높아졌을 때, 소자는 에너지 저장 소자(silver ion 배터리)의 특성을 보여주고 있다.6 shows that when the concentration of Ag ions in the active layer is increased to 0.008% in the structure of the upper electrode 10-active layer 20-lower electrode 30 of FIG. 1, the device is of an energy storage device (silver ion battery). Showing characteristics.

도 7은 도 1의 구조에서 활성 층 내에 Ag 이온의 농도가 0.04%로 더 높아졌을 때, 소자는 스위치 특성을 보여준 그림이다.FIG. 7 is a diagram showing the switch characteristics of the device when the concentration of Ag ions in the active layer increases to 0.04% in the structure of FIG. 1.

① 0~3.7V 구간의 전압이 올라가는 급상승 곡선에서는 절연체 특성, 3.7~4 V 전압부터 스위치 ON 상태 10 μA 전류가 흐른다(스위치 ON).① In the rapid rise curve in which the voltage in the range of 0~3.7V rises, 10 μA current flows in the switch ON state from the insulator characteristic and 3.7~4V voltage (switch ON).

② 전압을 줄이게 되면, 2.2V~0.7V 구간의 전압이 내려가는 급하강 곡선에서는 스위치 OFF 상태 0 A 전류가 흐른다(스위치 OFF).② When the voltage is reduced, the switch OFF state 0 A current flows (switch OFF) in the steep drop curve where the voltage in the 2.2V~0.7V section falls.

③ (-) 네거티브 전압 구간에서, -1.7V ~ -3V 구간의 전압이 내려가는 급하강 곡선에서는 스위치 ON 상태 -10 μA 전류가 흐른다(스위치 ON). ③ In the (-) negative voltage section, in the steep drop curve where the voltage in the -1.7V ~ -3V section goes down, the switch ON state -10 μA current flows (switch ON).

④ (-) 네거티브 전압 구간에서, -3V ~ -0.7V 구간의 전압이 올라가는 급상승 곡선에서는 스위치 OFF 상태 0 A 전류가 흐른다(스위치 OFF).④ In the (-) negative voltage section, the switch-off state 0 A current flows in the rapid rising curve in which the voltage in the -3V to -0.7V section rises (switch off).

도 8은 도 1의 구조에서 활성층 내에 Ag 이온의 농도를 0.2%로 더욱 더 높였을 때, 소자는 메모리 특성을 보여준 그림이다. 8 is a diagram showing the memory characteristics of the device when the concentration of Ag ions in the active layer is further increased to 0.2% in the structure of FIG. 1.

① 2.2V -> 2.3V로 전압이 증가하면 급상승 곡선에서 고 저항 상태-> 저 저항 상태① When the voltage increases from 2.2V -> 2.3V, the high resistance state in the rapid rise curve -> low resistance state

② 2.3V ~ 5V 내의 구간 이면, 저 저항 상태 ② If it is within 2.3V ~ 5V, low resistance state

③ 0 ~ -2.7V의 구간 이면, 저 저항 상태③ In the range of 0 ~ -2.7V, low resistance state

④ -4V, -3V, -2.7V 구간(-2.7V 보다 절대치가 더 큰 전압이 인가되는 구간)에서는, 저 저항 상태 -> 고 저항 상태 ④ In the -4V, -3V, -2.7V section (in the section in which a voltage larger than -2.7V is applied), low resistance state -> high resistance state

이온 농도에 따른 전자소자의 메모리 특성은 ①, ④는 고 저항 상태가 되며, ②, ③은 저 저항 상태가 된다. The memory characteristics of the electronic device according to the ion concentration are in the high resistance state of ① and ④, and the low resistance state of ② and ③.

이는 저항 변화 메모리 소자의 특성을 갖는다. This has the characteristics of a resistance change memory device.

저항 변화 메모라 소자는 저항이 높아 전류가 잘 흐르지 않는 OFF state를 HRS(High Resistance State)라고 하며, 반대로 저항이 낮아 전류가 잘 흐르는 ON state를 LRS(Low Resistance State)라고 한다. The resistance change memo element is called HRS (High Resistance State) for the OFF state in which current does not flow well due to its high resistance, and the ON state in which current flows well due to low resistance is called LRS (Low Resistance State).

본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although it has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, various modifications or variations of the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims by those of ordinary skill in the relevant technical field You will understand that it can be done.

10: 상부 전극 20: 활성층
21: 이온 소스층 30: 하부 전극 10: upper electrode 20: active layer
21: ion source layer 30: lower electrode

Claims (6)

하부 전극;
상기 하부 전극 위에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 위에 형성된 상부 전극을 포함하는 전자 소자를 구비하며,
상기 활성층에 사용되는 이온의 종류는 금속이온 Ag, Cu, Li, Mg 또는 양이온(oxygen vacancy) Na+, Ca+이 사용되며, 상기 활성층은 절연 특성을 가지는 모든 종류의 물질이 사용되고,
상기 전자 소자의 이온의 농도를 제어하는 방법은 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법, (3) 이온 소스층을 이용하는 방법 중 어느 하나를 사용하며,
상기 활성층은 (1) 이온을 포함한 활성층을 이용하는 방법, (2) 상기 활성층에 이온을 doping 또는 diffusion 시키는 방법을 사용하지 않는 경우,
상부 전극과 활성층 사이에 삽입된 이온 소스층; 또는 상기 하부 전극과 상기 활성층 사이에 삽입된 이온 소스층을 더 포함하며,
상기 상부 전극-활성층-하부 전극 구조에서 상기 활성층 내에 사용된 Ag 이온 0% doping시, 상기 활성층에 Ag 이온이 없으면, 이온 농도에 따른 전자 소자의 상부 전극과 하부 전극에 -4V ~ +4V 전압을 인가하면 100nA 이하의 전류가 흐르므로, 상기 활성층은 절연체 특성을 보이며, 상기 소자의 상부 전극-활성층-하부 전극 구조는 금속-절연체-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 구조를 가지며,
상기 이온 농도에 따른 전자 소자의 상부 전극-활성층-하부 전극 구조에서 활성 층 내에 Ag 이온의 농도가 0.008%로 높아졌을 때, 상기 소자는 에너지 저장 소자 인 실버 이온 배터리의 특성을 가지며,
상기 이온 농도에 따른 전자 소자는 에너지 저장 소자 인 배터리, 트랜지스터를 사용하는 2단자 스위치, 정보 저장 소자 인 메모리에 사용되는, 이온 농도에 따른 전자소자.Lower electrode;
An active layer formed on the lower electrode; And
And an electronic device including an upper electrode formed on the active layer,
The types of ions used in the active layer are metal ions Ag, Cu, Li, Mg or cation (oxygen vacancy) Na+ and Ca+, and all kinds of materials having insulating properties are used for the active layer,
The method of controlling the concentration of ions in the electronic device includes any one of (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer, and (3) a method of using an ion source layer. Use,
In the case of not using (1) a method of using an active layer containing ions, (2) a method of doping or diffusion of ions into the active layer,
An ion source layer interposed between the upper electrode and the active layer; Or an ion source layer interposed between the lower electrode and the active layer,
When doping 0% of Ag ions used in the active layer in the upper electrode-active layer-lower electrode structure, if there is no Ag ions in the active layer, a voltage of -4V to +4V is applied to the upper electrode and the lower electrode of the electronic device according to the ion concentration. When applied, since a current of 100 nA or less flows, the active layer exhibits insulator characteristics, and the upper electrode-active layer-lower electrode structure of the device has a metal-insulator-metal (MIM) structure,
When the concentration of Ag ions in the active layer in the upper electrode-active layer-lower electrode structure of the electronic device according to the ion concentration is increased to 0.008%, the device has the characteristics of a silver ion battery as an energy storage device,
The electronic device according to the ion concentration is used in a battery as an energy storage device, a two-terminal switch using a transistor, and a memory as an information storage device. 제1항에 있어서,
상기 활성층은 이온이 없으면, 절연체 특성을 가지며,
이 경우, 이온 농도에 따른 전자소자의 상부 전극-활성층-하부 전극은 금속-절연체-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 구조를 갖는, 이온 농도에 따른 전자소자.The method of claim 1,
In the absence of ions, the active layer has insulator properties,
In this case, the upper electrode of the electronic device according to the ion concentration-the active layer-the lower electrode has a metal-insulator-metal (Metal-Insulator-Metal, MIM) structure, the electronic device according to the ion concentration. 제1항에 있어서,
상기 상부 전극 및 상기 하부 전극은 금속물질 또는 전도성 특성을 갖는 물질을 사용하는, 이온 농도에 따른 전자소자.The method of claim 1,
The upper electrode and the lower electrode use a metal material or a material having a conductive property, the electronic device according to the ion concentration. 제1항에 있어서,
상기 상부 전극은 Ni, 상기 활성 층은 Al2O3, 그리고 상기 하부전극은 Ni를 사용하는, 이온 농도에 따른 전자소자.The method of claim 1,
The upper electrode is Ni, the active layer is Al 2 O 3 , and the lower electrode is an electronic device according to the ion concentration using Ni. 제1항에 있어서,
상기 이온 농도에 따른 전자 소자의 상부 전극-활성층-하부 전극 구조에서 상기 활성 층 내에 Ag 이온의 농도가 0.04%로 더 높아졌을 때, 상기 소자는 스위치 특성을 보이며,
① 0~3.7V 구간의 전압이 올라가는 급상승 곡선에서는 절연체 특성, 3.7~4 V 전압부터 스위치 ON 상태 10 μA 전류가 흐르고(스위치 ON),
② 전압을 줄이게 되면, 2.2V~0.7V 구간의 전압이 내려가는 급하강 곡선에서는 스위치 OFF 상태 0 A 전류가 흐르며(스위치 OFF),
③ (-) 네거티브 전압 구간에서, -1.7V ~ -3V 구간의 전압이 내려가는 급하강 곡선에서는 스위치 ON 상태 -10 μA 전류가 흐르고(스위치 ON),
④ (-) 네거티브 전압 구간에서, -3V ~ -0.7V 구간의 전압이 올라가는 급상승 곡선에서는 스위치 OFF 상태 0 A 전류가 흐르는(스위치 OFF), 이온 농도에 따른 전자소자.The method of claim 1,
When the concentration of Ag ions in the active layer in the upper electrode-active layer-lower electrode structure of the electronic device according to the ion concentration is increased to 0.04%, the device exhibits switch characteristics,
① In the rapid rise curve in which the voltage in the range of 0~3.7V increases, 10 μA current flows in the switch ON state from the insulator characteristic, 3.7~4 V voltage (switch ON)
② When the voltage is reduced, the switch OFF state 0 A current flows in the steep drop curve where the voltage in the 2.2V~0.7V section decreases (switch OFF),
③ In the (-) negative voltage section, in the sharp drop curve where the voltage in the -1.7V to -3V section goes down, the switch ON state -10 μA current flows (switch ON),
④ In the (-) negative voltage section, the switch is off in the rapid rise curve in which the voltage in the section from -3V to -0.7V rises (the switch is off), the electronic device according to the ion concentration. 제5항에 있어서,
상기 이온 농도에 따른 전자 소자의 상부 전극-활성층-하부 전극 구조에서 상기 활성층 내에 Ag 이온의 농도를 0.2%로 더욱 더 높였을 때, 상기 소자는 메모리 특성을 보이며,
① 2.2V -> 2.3V로 전압이 증가하면 급상승 곡선에서 고 저항 상태-> 저 저항 상태,
② 2.3V ~ 5V 내의 구간 이면, 저 저항 상태,
③ 0 ~ -2.7V의 구간 이면, 저 저항 상태,
④ -4V, -3V, -2.7V 구간(-2.7V 보다 절대치가 더 큰 전압이 인가되는 구간)에서는, 저 저항 상태 -> 고 저항 상태가 되며,
상기 이온 농도에 따른 전자소자의 메모리 특성은 ①, ④는 고 저항 상태가 되며, ②, ③은 저 저항 상태가 되며, 저항 변화 메모리 소자의 특성을 갖는, 이온 농도에 따른 전자소자.
The method of claim 5,
When the concentration of Ag ions in the active layer is further increased to 0.2% in the upper electrode-active layer-lower electrode structure of the electronic device according to the ion concentration, the device exhibits memory characteristics,
① When the voltage increases from 2.2V -> 2.3V, the high resistance state -> low resistance state in the rapid rising curve,
② If it is within 2.3V ~ 5V, low resistance state,
③ In the range of 0 ~ -2.7V, low resistance state,
④ In the -4V, -3V, -2.7V section (the section in which a voltage greater than -2.7V is applied), the low resistance state -> high resistance state,
The memory characteristics of the electronic device according to the ion concentration are: ①, ④ become high resistance state, ②, ③ become low resistance state, and have characteristics of resistance change memory element, according to ion concentration.
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