KR20210119591A - Low-power selector with graphene edge - Google Patents

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KR20210119591A
KR20210119591A KR1020200025108A KR20200025108A KR20210119591A KR 20210119591 A KR20210119591 A KR 20210119591A KR 1020200025108 A KR1020200025108 A KR 1020200025108A KR 20200025108 A KR20200025108 A KR 20200025108A KR 20210119591 A KR20210119591 A KR 20210119591A
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graphene
region
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Application number
KR1020200025108A
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Inventor
이승현
서셈
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

A resistive memory having a low power selector in accordance with the present invention is provided. The resistive memory includes: an upper electrode; a graphene layer disposed under the upper electrode and having a graphene electrode formed in an edge region; and a selector layer including a selector formed between the upper electrode and the graphene electrode.

Description

그래핀의 엣지를 이용한 저전력 셀렉터{Low-power selector with graphene edge}Low-power selector with graphene edge

본 발명은 저항 메모리에 있어 저전력 셀렉터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 그래핀의 엣지를 이용한 저전력 셀렉터에 대한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a low power selector in a resistive memory. More specifically, it relates to a low-power selector using the edge of graphene.

저항 메모리는 제작이 용이한 단순한 구조와 소형제작 등의 장점으로 복잡한 뉴로모픽 네트워크 구현에서 핵심 하드웨어 요소로 간주된다. 그러나, 저항 메모리를 집적을 할 때 나타나는 단점인 sneak path 현상으로 인해 누설전류의 증가와 불안정 구동이 발생한다. 이를 보완하기 위해 셀렉터 물질을 저항메모리에 적용을 한다.Resistive memory is considered as a key hardware element in the implementation of complex neuromorphic networks due to its simple structure and small size, which are easy to manufacture. However, an increase in leakage current and unstable operation occur due to the sneak path phenomenon, which is a disadvantage when integrating a resistive memory. To compensate for this, a selector material is applied to the resistive memory.

기존 저항 메모리 장치의 집적화 및 소형화가 많이 진전되었음에도 불구하고, 셀렉터 재료의 집적화와 소형화 가능성은 불확실하다. 대다수의 셀렉터 재료는 전도성 필라멘트를 형성하지 못할 가능성이 높기 때문에 이에 대한 전기장의 영향의 이해가 어렵기 때문이다. Although the integration and miniaturization of the existing resistive memory devices have progressed a lot, the possibility of integration and miniaturization of the selector material is uncertain. This is because the effect of electric fields on this is difficult to understand because most selector materials are unlikely to form conductive filaments.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제를 해결하기 위해, 그래핀의 엣지를 이용한 저전력 셀렉터를 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a low-power selector using an edge of graphene in order to solve the above-described problem.

또한, 본 발명의 목적은 그래핀 엣지에 CuGeS 칼코겐 물질을 적용하여 저항 메모리(Resistive RAM, RRAM)의 누설전류 감소와 안정적인 구동을 위한 것이다.In addition, an object of the present invention is to reduce the leakage current of a resistive RAM (RRAM) and stably drive it by applying a CuGeS chalcogen material to the graphene edge.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 저전력 셀렉터를 구비한 저항 메모리가 제공된다. 상기 저항 메모리는 상부 전극; 상기 상부 전극의 하부에 배치되고, 엣지 영역에 그래핀 전극(graphene electrode)이 형성된 그래핀 층(graphene layer); 및 상기 상부 전극과 상기 그래핀 전극 사이에 형성된 셀렉터로 이루어진 셀렉터 층(selector layer)을 포함할 수 있다.A resistive memory having a low power selector according to the present invention for solving the above problems is provided. The resistive memory includes an upper electrode; a graphene layer disposed under the upper electrode and having a graphene electrode formed in an edge region; and a selector layer including a selector formed between the upper electrode and the graphene electrode.

일 실시 예에 따르면, 상기 상부 전극은 TiN 전극으로 구성되고, 상기 그래핀 층의 엣지 영역은 그래핀 엣지 전극(graphene edge electrode)로 구성될 수 있다.According to an embodiment, the upper electrode may be configured as a TiN electrode, and an edge region of the graphene layer may be configured as a graphene edge electrode.

일 실시 예에 따르면, 상기 셀렉터는 칼코겐나이드 물질로 이루어진 칼코겐나이드 셀렉터로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the selector may be formed of a chalcogenide selector made of a chalcogenide material.

일 실시 예에 따르면, 상기 셀렉터는 CuGeS 칼코겐나이드 물질로 이루어진 CuGeS 셀렉터인 것을 특징으로 할 수 있다. According to an embodiment, the selector may be a CuGeS selector made of a CuGeS chalcogenide material.

일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 층은 0.3nm 이하의 그래핀 층으로 구성되고, 상기 그래핀 층의 엣지 영역이 상기 저항 메모리의 전극으로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the graphene layer may be composed of a graphene layer of 0.3 nm or less, and an edge region of the graphene layer may be formed as an electrode of the resistive memory.

일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 층과 접합되도록 구성된 Pt 전극을 더 포함하고, 상기 Pt 전극은 상기 그래핀 층의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다.According to an embodiment, a Pt electrode configured to be bonded to the graphene layer may be further included, and the Pt electrode may be formed to be thicker than a thickness of the graphene layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 TiN 전극은 제1 전극 영역(electrode region)과 상기 제1 전극 영역보다 소정 높이만큼 하부에 형성되는 제2 전극 영역을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the TiN electrode may include a first electrode region and a second electrode region formed below the first electrode region by a predetermined height.

일 실시 예에 따르면, 상기 TiN 전극은 상기 제1 전극 영역과 상기 제2 전극 영역을 수직하게 연결하는 수직 연결부를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the TiN electrode may further include a vertical connection part vertically connecting the first electrode region and the second electrode region.

일 실시 예에 따르면, 상기 셀렉터는 제1 영역과 상기 제1 영역보다 소정 높이만큼 하부에 형성되는 제2 영역을 포함하고, 상기 셀렉터의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 TiN 전극의 상기 제1 전극 영역과 상기 제2 전극 영역과 접합되도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the selector includes a first region and a second region formed below the first region by a predetermined height, and the first region and the second region of the selector are the TiN electrode. It may be configured to be bonded to the first electrode region and the second electrode region.

일 실시 예에 따르면, 상기 셀렉터는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 수직하게 연결하는 수직 연결부를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the selector may further include a vertical connection part vertically connecting the first area and the second area.

일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 층은 제1 그래핀 층 및 상기 제1 그래핀 층의 하부에 배치되는 제2 그래핀 층을 포함하고, 상기 상부 전극과 상기 제1 그래핀 층 사이에 메모리 물질로 형성되는 수직 구조 메모리 셀을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the graphene layer includes a first graphene layer and a second graphene layer disposed under the first graphene layer, and a memory is disposed between the upper electrode and the first graphene layer. It may include a vertically structured memory cell formed of a material.

일 실시 예에 따르면, 상기 수직 구조 메모리 셀은 상기 제1 그래핀 층 및 상기 제2 그래핀 층과 접합되도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the vertical structure memory cell may be configured to be bonded to the first graphene layer and the second graphene layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 층은 상기 제2 그래핀 층의 하부에 배치되는 제3 그래핀 층을 더 포함하고, 상기 수직 구조 메모리 셀은 상기 제1 그래핀 층 내지 상기 제3 그래핀 층과 접합되도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the graphene layer further includes a third graphene layer disposed under the second graphene layer, and the vertical structure memory cell includes the first graphene layer to the third graphene layer. It may be configured to bond with the layer.

본 발명의 다른 양상에 따른 비활성 메모리(non-volatile memory)가 제공된다. 상기 비활성 메모리는 상부 전극; 상기 상부 전극의 하부에 배치되고, 엣지 영역에 그래핀 전극(graphene electrode)이 형성된 그래핀 층(graphene layer); 상기 상부 전극과 상기 그래핀 전극 사이에 형성된 셀렉터로 이루어진 셀렉터 층(selector layer); 및 상기 상부 전극과 상기 그래핀 층 사이에 메모리 물질로 형성되는 수직 구조 메모리 셀을 포함할 수 있다.A non-volatile memory is provided according to another aspect of the present invention. The inactive memory may include an upper electrode; a graphene layer disposed under the upper electrode and having a graphene electrode formed in an edge region; a selector layer including a selector formed between the upper electrode and the graphene electrode; and a vertical structure memory cell formed of a memory material between the upper electrode and the graphene layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 수직 구조 메모리 셀은 상기 상부 전극과 상기 그래핀 층 사이에 복수의 열과 행으로 배치되는 수직 구조 메모리 셀인 것을 특징으로 한다.According to an embodiment, the vertical memory cell is a vertical memory cell disposed in a plurality of columns and rows between the upper electrode and the graphene layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 상부 전극은 TiN 전극으로 구성되고, 상기 그래핀 층의 엣지 영역은 그래핀 엣지 전극(graphene edge electrode)으로 구성될 수 있다.According to an embodiment, the upper electrode may be configured as a TiN electrode, and an edge region of the graphene layer may be configured as a graphene edge electrode.

일 실시 예에 따르면, 상기 셀렉터는 CuGeS 칼코겐나이드 물질로 이루어진 CuGeS 셀렉터인 것을 특징으로 한다.According to an embodiment, the selector is a CuGeS selector made of a CuGeS chalcogenide material.

일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 층은 0.3nm 이하의 그래핀 층으로 구성되고, 상기 그래핀 층의 엣지 영역이 상기 수직구조 저항 메모리의 전극으로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the graphene layer may be composed of a graphene layer of 0.3 nm or less, and an edge region of the graphene layer may be formed as an electrode of the vertical structure resistance memory.

일 실시 예에 따르면, 상기 비활성 메모리는 resistive random access memory (RRAM)로 구성되고, 이전에 흘렀던 전류의 과거 정보에 따라 저항의 세기가 변하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment, the inactive memory may be configured as a resistive random access memory (RRAM), and a resistance strength may be changed according to past information of a previously flowing current.

일 실시 예에 따르면, 상기 RRAM은 뉴로모픽 프로세서와 동작 가능하게 결합되고, 상기 뉴로모픽 프로세서로부터 임계값 이상의 전압이 인가되면 상기 수직 구조 저항 메모리의 소자 저항이 상기 임계값 이하의 전압이 인가된 경우보다 낮은 저항 값으로 변경되고, 상기 임계값 이하의 전압이 인가되면 상기 소자 저항이 이전의 저항 값으로 다시 변경될 수 있다.According to an embodiment, the RRAM is operatively coupled to a neuromorphic processor, and when a voltage greater than or equal to a threshold is applied from the neuromorphic processor, the device resistance of the vertical structure resistance memory is applied with a voltage equal to or less than the threshold. When the resistance value is changed to a lower resistance value than that in the case where a voltage lower than the threshold value is applied, the device resistance may be changed back to the previous resistance value.

본 발명에 따르면, 전술한 문제점들을 극복하기 원자적으로 얇은(0.3 nm) 그래핀의 엣지를 전극으로 사용하는 CuGeS Chalcogenide 물질을 셀렉터로 적용할 수 있다.According to the present invention, a CuGeS chalcogenide material using an atomically thin (0.3 nm) edge of graphene as an electrode can be applied as a selector to overcome the above-mentioned problems.

또한, 본 발명에 따르면, 그래핀 엣지 전극은 두꺼운 금속 기반의 전극에 비해 전극-셀렉터 간의 계면의 저항이 증가하여 OFF 상태 누출 전류가 감소하는 결과를 도출한다. CuGeS 셀렉터가 수직 구조에 내장될 때, 얇은 그래핀 엣지 전극과 넓은 TiN 필러 전극은 비대칭 전류 분포가 큰 I-V 특성을 보인다. 이 현상은 전압 극성과 Cu 이온 수송 방향에 따라 크게 달라지는 이온 혼잡 효과 때문이다. In addition, according to the present invention, the graphene edge electrode increases the resistance of the electrode-selector interface compared to the thick metal-based electrode, resulting in a decrease in OFF-state leakage current. When the CuGeS selector is embedded in the vertical structure, the thin graphene edge electrode and the wide TiN filler electrode show I-V characteristics with large asymmetric current distribution. This phenomenon is due to the ion congestion effect, which is strongly dependent on the voltage polarity and Cu ion transport direction.

또한, 본 발명에 따르면, 그래핀 엣지를 적용한 셀렉터와 RRAM을 결합하였을 때 누설 전류가 최대 103 배 감소되고 메모리 윈도우가 증가하는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, when the selector to which the graphene edge is applied and the RRAM are combined, the leakage current is reduced up to 10 3 times and the memory window is increased.

또한, 본 발명에 따르면, 얇은 그래핀을 사용하여 집적도를 높였으며 이와 함께 셀렉터를 사용하여 작은 누설전류의 장점을 도출할 수 있어 전자전기분야에 적용시킬 수 있다. 특히, 저항 메모리에 적용할 시 sneak path 문제를 해결할 수 있어 메모리 반도체 분야에도 적용시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, the degree of integration is increased by using thin graphene, and the advantage of a small leakage current can be derived by using a selector, so that it can be applied to the field of electronics and electricity. In particular, when applied to a resistive memory, it can solve the sneak path problem, so it can be applied to the memory semiconductor field.

또한, 본 발명에 따르면, 결과적으로 그래핀 엣지를 이용한 저전력 셀렉터는 얇은 2차원 물질을 이용함으로써 집적도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 전극과 셀렉터 사이의 계면 저항이 증가하기 때문에 누설 전류를 대폭 감소시킬 수 있다. 또한 저항 메모리에 적용하면 sneak path 문제를 보완할 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention, as a result, the low-power selector using the graphene edge can not only increase the degree of integration by using a thin two-dimensional material, but also significantly reduce the leakage current because the interface resistance between the electrode and the selector increases. . In addition, when applied to resistive memory, it has the advantage of supplementing the sneak path problem.

현재 디지털과 아날로그 산업은 실리콘 bulk 반도체 기반으로 이뤄지고 있으나 반도체 회로의 집적도가 더욱 더 중요시 되면서 얇은 2차원 물질의 적용과 누설전류의 감소가 중요하다. 이를 고려할 때 그래핀 엣지를 이용한 저전력 셀렉터는 초고밀도 3D 메모리의 중요한 기반이 될 수 있다. Currently, the digital and analog industries are based on silicon bulk semiconductors, but as the degree of integration of semiconductor circuits becomes more and more important, the application of thin two-dimensional materials and reduction of leakage current are important. Considering this, a low-power selector using graphene edges can be an important basis for ultra-high-density 3D memory.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able

도 1은 본 발명에 따른 그래핀 엣지 전극과 Cu 기반 칼코겐나이드 셀렉터에 대한 구조와 구성 요소 매핑 관계를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 셀렉터 장이의 동작 메커니즘을 나타낸다
도 3은 본 발명에 따른 반대 극성을 나타내는 그래핀 칼코겐나이드 셀렉터의 I-V 특성을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 다양한 예시에 따른 그래핀 엣지 RRAM의 I-V 특성을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 1S-1R 그래핀 엣지 장치의 I-V 특성 및 저항 특성을 나타낸다.
도 6은 그래핀 엣지를 이용한 저전력 셀렉터의 전반적인 구조와 투과 전자 현미경 및 에너지분산형 분광분석 이미지를 보여준다.
1 shows a structure and component mapping relationship for a graphene edge electrode and a Cu-based chalcogenide selector according to the present invention.
Fig. 2 shows the mechanism of operation of the selector field according to the present invention;
Figure 3 shows the IV characteristics of the graphene chalcogenide selector showing the opposite polarity according to the present invention.
4 shows IV characteristics of graphene edge RRAM according to various examples according to the present invention.
5 shows IV characteristics and resistance characteristics of a 1S-1R graphene edge device according to the present invention.
6 shows the overall structure of a low-power selector using a graphene edge, and images of transmission electron microscopy and energy dispersive spectroscopy.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.In describing each figure, like reference numerals are used for like elements.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. shouldn't

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 모듈, 블록 및 부는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffix module, block, and part for the components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that a person skilled in the art can easily implement it. In the following description of embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or a known configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

Cu-기반 칼코겐나이드(chalcogenide)는 특정 조건 하에서 전류 흐름을 용이하게 하는 많은 양의 Cu + 이온을 갖는 고체 전해질로, 이러한 물질은 얇은 충전재로 쉽게 증착되어 메모리 층에 내장된 셀렉터 장치를 형성할 수 있다. 이러한 박막 기반 셀렉터는 3D 수직 아키텍처의 경우에 특히 적합하며, 이러한 필러는 큰 셀렉터 장치 (예를 들어, 수직 트랜지스터)가 필요하지 않으며 RRAM과 함께 큰 ON/OFF 비율이 달성될 수 있기 때문이다. 포인트 아키텍처는 각 층에 대한 임계 리소그래피 단계가 적고 통합 비용이 적기 때문에 간단한 평면 교차점 아키텍처와 비교할 때 더 바람직하다.Cu-based chalcogenides are solid electrolytes with large amounts of Cu + ions that facilitate the flow of current under certain conditions. These materials can be easily deposited as thin fillers to form selector devices embedded in the memory layer. can These thin-film-based selectors are particularly suitable for the case of 3D vertical architectures, as these pillars do not require large selector devices (eg vertical transistors) and large ON/OFF ratios can be achieved with RRAM. Point architectures are preferable compared to simple planar junction architectures because there are fewer critical lithography steps for each layer and lower integration costs.

3D 수직 구조 밀도(vertical architecture density)는 각 메모리 스택의 평면 전극의 두께에 의해 직접 영향을 받는다. 이와 관련하여, 금속-산화물 RRAM은 그래핀-엣지 전극을 사용하여 원자 한계까지 수직으로 스케일링될 수 있다. 그러나 얇은 셀렉터를 고밀도 3D 수직 아키텍처에 통합하려면 메모리와 셀렉터의 확장 기능을 고려해야 한다. 이와 관련하여, RRAM의 스케일링에 대한 연구 이외에 셀렉터의 스케일링 속성에 대하여 고려된 바가 없다. 본 명세서에서는 3D 수직 구조의 원자적으로 얇은 단일 층 그래핀 엣지 전극을 이용하여 CuGeS의 궁극적인 확장성을 설명하고자 한다. 셀렉터 장치와 함께 이러한 수직 스케일 전극은 누설 전류를 줄이고 메모리 윈도우와 메모리 층의 선택도를 향상시킨다.The 3D vertical architecture density is directly affected by the thickness of the planar electrode of each memory stack. In this regard, metal-oxide RRAMs can be scaled vertically to the atomic limit using graphene-edge electrodes. However, integrating a thin selector into a high-density 3D vertical architecture requires consideration of the memory and expandability of the selector. In this regard, there is no consideration for the scaling property of the selector other than the study on the scaling of the RRAM. In this specification, we intend to explain the ultimate scalability of CuGeS using an atomically thin single-layer graphene edge electrode with a 3D vertical structure. Together with the selector device, these vertical scale electrodes reduce leakage current and improve the selectivity of the memory window and memory layer.

이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 그래핀 엣지 전극과 Cu 기반 칼코겐나이드 셀렉터에 대한 구조와 구성 요소 매핑 관계를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 1의 (a)는 3D 수직 구조의 그래핀 엣지 전극이 있는 Cu 기반 칼코겐나이드 셀렉터의 개략도이다. 도 1의 (b)는 그래핀 엣지 전극이 있는 셀렉터의 등방도(istropic view)이다. 도 1의 (c)는 장치(device)의 SEM 이미지이다. 이와 관련하여, 스케일 바: 200 nm이고, inset: 고해상도 TEM 이미지; 스케일 바: 50 nm이다. 도 1의 (d)는 장치 단면의 엘리먼트 매핑에 관한 것이다 이와 관련하여, Cu, 청색; Ge, 빨강; S, 에메랄드; Ti, 녹색; Si, 오렌지; O, 핑크로 표시되었다. 한편, Cu 분포는 상단의 Cu 그리드로 인해 2 개의 밴드로 표시된다.In this regard, Figure 1 shows the structure and component mapping relationship for the graphene edge electrode and Cu-based chalcogenide selector according to the present invention. Specifically, Fig. 1 (a) is a schematic diagram of a Cu-based chalcogenide selector with a graphene edge electrode of a 3D vertical structure. 1B is an istropic view of a selector with a graphene edge electrode. Figure 1 (c) is an SEM image of the device. In this regard, scale bar: 200 nm, inset: high-resolution TEM image; Scale bar: 50 nm. Fig. 1(d) relates to element mapping of the device cross-section. In this regard, Cu, blue; Ge, red; S, emerald; Ti, green; Si, orange; O, marked in pink. On the other hand, the Cu distribution is represented by two bands due to the Cu grid at the top.

도 1a 및 b는 그래핀 엣지 전극을 갖는 Cu 계통 칼코겐나이드 셀렉터의 정면도 및 등방도의 개략도를 도시한다. TiN 및 그래핀 엣지 전극은 각각 CuGeS 칼코겐나이드 셀렉터 층이 중간에 있는 상부 및 하부 전극으로서 작용한다. 1A and B show schematics of a front view and an isometric view of a Cu-based chalcogenide selector with graphene edge electrodes. TiN and graphene edge electrodes act as top and bottom electrodes, respectively, with a CuGeS chalcogenide selector layer interposed therebetween.

도 1c는 인셋 내에서 투과 전자 현미경 (TEM) 이미지를 갖는 장치의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 도시한다. 본 명세서에서는 분석을 단순화하기 위해 하나의 단일 층만을 갖는 메모리 셀이 고려될 수 있다. RRAM 셀을 사용한 동작을 위한 CuGeS 층의 최적 두께는 20 nm인 것으로 관찰될 수 있다. 더 두꺼운 층은 높은 임계 전압 요구 사항을 가져 왔으며 이는 장치 성능에 이상적이지 않았다. 반면에, 더 얇은 층은 더 많은 터널링 전류로 옴 전도(ohmic conduction)를 증가시킬 수 있다. 분포 이동성 이온 및 다른 원소는 에너지 분산 분광법 (EDS)에 의해 관찰되었으며, 이는 도 1d의 색상 코딩된 맵으로 표시될 수 있다. 1C shows a scanning electron microscope (SEM) image of the device with a transmission electron microscope (TEM) image in an inset. A memory cell with only one single layer may be considered herein to simplify analysis. It can be observed that the optimal thickness of the CuGeS layer for operation with the RRAM cell is 20 nm. Thicker layers resulted in higher threshold voltage requirements, which were not ideal for device performance. On the other hand, a thinner layer can increase the ohmic conduction with more tunneling current. Distributed mobile ions and other elements were observed by energy dispersive spectroscopy (EDS), which can be represented as a color-coded map in FIG. 1d .

본 발명에서 칼코겐나이드 층의 화학량론(stoichiomerty)이 특히 3D 수직 메모리 아키텍처에서 중요한 것으로 간주될 수 있다. 간단한 교차점 구조와는 달리, 3D 수직 구조에서 기둥 전극 (TiN)과 평면 전극 (그래핀)의 영역 사이에서 유의미한 차이가 관찰될 수 있다. 따라서 높은 농도의 Cu+ 이온 그래핀의 예리한 가장자리 근처에서 더 높은 전계 집중으로 인해 음의 바이어스가 인가될 때 두꺼운 Pt에 비해 그래핀 가장자리 근처에 축적된다. The stoichiometry of the chalcogenide layer in the present invention can be considered particularly important in 3D vertical memory architectures. Unlike the simple junction structure, a significant difference can be observed between the regions of the columnar electrode (TiN) and the planar electrode (graphene) in the 3D vertical structure. Therefore, a high concentration of Cu+ ions accumulate near the graphene edge compared to thick Pt when a negative bias is applied due to the higher electric field concentration near the sharp edge of the graphene.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 셀렉터 장이의 동작 메커니즘을 나타낸다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 더 낮은 바이어스와 도 2의 (b)는 더 높은 바이어스에서의 셀렉터 장치의 동작 메커니즘을 나타낸다. 도 2의 (c)는 더 낮은 바이어스와 (d) 더 높은 바이어스에서 셀렉터 장치의 전위 분포를 나타낸다. 도 2의 (e), (f)는 Pt 및 Gr 칼코겐나이드 셀렉터의 동작 메커니즘을 나타낸다. 도 2의 (g)는 Pt 및 그래핀 기반 셀렉터 장치의 I-V 특성을 나타낸다.On the other hand, Figure 2 shows the operation mechanism of the selector field according to the present invention. Specifically, Fig. 2(a) shows an operation mechanism of the selector device at a lower bias and Fig. 2(b) at a higher bias. Fig. 2 (c) shows the potential distribution of the selector device at a lower bias and (d) a higher bias. 2(e) and (f) show the mechanism of action of Pt and Gr chalcogenide selectors. Figure 2 (g) shows the I-V characteristics of the Pt and graphene-based selector device.

도 2(a)에서 Cu + 이온은 바이어스가 전극을 가로 질러 가해질 때 전계의 힘과 농도 구배 사이의 균형에 도달할 때까지 음극쪽으로 이동하다. 전달된 전하로부터의 전위차는 전극 경계에서 분극을 일으켜 이중층을 초래한다. 이온의 고농도 구배를 갖는 부분은 분산 층으로 지칭된다 (도 2(a), (c)). 환원-산화 공정이 이중 층에서 발생하기 위해서는, 인가된 전위는 이중 층과 관련된 전위를 극복해야하며, 이는 과전 위라고도 할 수 있다. 임계 전압 아래에서, 이중 층을 통한 전자 터널링으로 인해 작은 전류가 관찰된다. 임계 값보다 높으면 Cu + 이온이 전극 근처에서 감소하여 큰 이온 전류 흐름이 발생하다 (도 2(b), (d)). 일단 Cu 층이 음극 상에 형성되면, 이러한 층은 새로운 캐소드처럼 작용하고, Cu의 추가 환원을 위한 과전위는 감소된다. 이러한 동작은 접합부 전체에 추가적인 이온 전류가 흐르도록 하다.In Fig. 2(a), Cu + ions migrate towards the cathode when a bias is applied across the electrode until a balance between the force of the electric field and the concentration gradient is reached. The potential difference from the transferred charge causes polarization at the electrode boundary, resulting in a double layer. The portion with the high concentration gradient of ions is referred to as the dispersion layer (Figs. 2(a), (c)). For the reduction-oxidation process to occur in the double layer, the applied potential must overcome the potential associated with the double layer, also referred to as overpotential. Below the threshold voltage, a small current is observed due to electron tunneling through the double layer. Above the threshold, Cu + ions decrease near the electrode, resulting in a large ion current flow (Fig. 2(b), (d)). Once a Cu layer is formed on the cathode, this layer acts like a new cathode, and the overpotential for further reduction of Cu is reduced. This action allows an additional ionic current to flow through the junction.

본 명세서에서는 원자 적으로 얇은 그래핀-엣지 전극과 두꺼운 금속 (Pt) 전극을 사용하여 두 개의 다른 두께를 갖는 평면 전극의 특성을 비교했다. 이전 보고서에서, 단일 그래핀 층 (0.3 nm 두께)의 엣지는 금속-산화물 RRAM에서 하나의 전극으로 사용되었다. 이러한 얇은 전극은 3D 수직 구조에서 상당히 얇은 활성 메모리 층을 형성하여 스택의 수와 칩의 밀도를 증가시킨다. 전극은 낮은 전력 소비 및 프로그래밍 전압/전류를 나타내는 것으로 관찰되었다. 종래의 e- 빔 증발에 의해 증착된 5nm 이하의 얇은 금속 #lm은 불연속 아일랜드를 형성하는 경향이 있으며, 두께가 감소할 때 시트 저항의 급격한 비선형 증가가 관찰될 수 있음에 주목해야한다. 따라서 그래핀 대신 Pt와 같은 금속을 사용하는 경우 훨씬 두꺼운 전극이 필요하다.In this specification, we compared the properties of planar electrodes with two different thicknesses using an atomically thin graphene-edge electrode and a thick metal (Pt) electrode. In a previous report, the edge of a single graphene layer (0.3 nm thick) was used as one electrode in a metal-oxide RRAM. These thin electrodes form a significantly thin active memory layer in the 3D vertical structure, increasing the number of stacks and the density of chips. The electrodes were observed to exhibit low power consumption and programming voltage/current. It should be noted that thin metal #lm below 5 nm deposited by conventional e-beam evaporation tends to form discontinuous islands, and a sharp non-linear increase in sheet resistance can be observed as the thickness decreases. Therefore, a much thicker electrode is required if a metal such as Pt is used instead of graphene.

이와 관련하여, 전극 두께가 증가함에 따라, 금속과 칼코겐 화합물 셀렉터 사이의 계면 저항이 감소하여, OFF 상태에서 누설 전류가 커진다. 원자적으로 얇은 그래핀 엣지 전극의 경우, 인터페이스 저항이 증가하여 누설 전류를 자연스럽게 감소시킨다. 도 2(e) 및 (f)는 금속 (Pt 셀렉터) 또는 그래핀 (Gr 셀렉터)을 전극으로 사용하는 동안 셀렉터에 대한 두 가지 다른 동작 메커니즘을 도시한다. 도 2e에 도시된 바와 같이, Cu 칼코겐나이드와 Pt 사이의 접합 면적이 크기 때문에 Pt 셀렉터의 계면 저항은 Gr 셀렉터의 계면 저항보다 낮다. 따라서, Pt 셀렉터는 저전압 바이어스에서 높은 전도성을 갖는다. 대조적으로 도 2f에 도시된 바와 같이, Gr 셀렉터의 계면 저항은 그래핀 두께로 인해 Pt 셀렉터의 계면 저항보다 높다. 도 2g는 두 가지의 I-V 특성을 나타낸다.In this regard, as the electrode thickness increases, the interfacial resistance between the metal and the chalcogenide compound selector decreases, resulting in a large leakage current in the OFF state. For atomically thin graphene edge electrodes, the interface resistance increases, which naturally reduces leakage current. Figures 2(e) and (f) show two different operating mechanisms for selectors while using metal (Pt selector) or graphene (Gr selector) as electrodes. As shown in Fig. 2e, since the junction area between Cu chalcogenide and Pt is large, the interfacial resistance of the Pt selector is lower than that of the Gr selector. Therefore, the Pt selector has high conductivity at low voltage bias. In contrast, as shown in Fig. 2f, the interfacial resistance of the Gr selector is higher than that of the Pt selector due to the graphene thickness. Figure 2g shows two I-V characteristics.

이와 관련하여, 칼코겐나이드 셀렉터상의 전극 스케일링 효과는 Gr 셀렉터 구조의 양쪽에 적용될 수 있다. 인가 전압의 극성에 따라 Gr 셀렉터의 비대칭 I-V 특성이 관찰된다. In this regard, the electrode scaling effect on the chalcogenide selector can be applied to both sides of the Gr selector structure. Asymmetric I-V characteristics of the Gr selector are observed depending on the polarity of the applied voltage.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 반대 극성을 나타내는 그래핀 칼코겐나이드 셀렉터의 I-V 특성을 나타낸다. 도 3의 (a)는 그래핀 및 도 3의 (b)는 TiN 전극에 각각 양의 바이어스를 가한 이온 이동의 장치 개략도를 나타낸다. 도 3의 (c)는 그래핀 및 도 3의 (d)는 TiN 전극에 각각 양의 바이어스가 인가된 이온 운동의 I-V 특성을 나타탠다.On the other hand, Figure 3 shows the I-V characteristics of the graphene chalcogenide selector showing the opposite polarity according to the present invention. Figure 3 (a) is graphene and Figure 3 (b) shows a schematic diagram of the device for ion migration with a positive bias applied to the TiN electrode, respectively. Figure 3 (c) shows the I-V characteristics of the ion movement in which a positive bias is applied to the graphene and (d) TiN electrodes, respectively.

도 3(a) 및 (b)는 반대 전압 극성의 경우 Gr 셀렉터의 동작 메커니즘을 나타낸다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 그래핀 전극에 양의 전압이 인가되면, 전기장은 그 분포 특징으로 인해 그래핀 가장자리 근처에 집중되어 있다. 따라서, Cu + 이온은 넓은 TiN 전극으로 쉽게 전달될 수 있어, 큰 전류를 유발한다. 대조적으로, 양의 전압이 TiN 전극에 인가될 때 (도 3(b)), 그래핀 엣지 근처에서 높은 농도의 Cu + 이온이 관찰될 수 있어 전류 집중 효과를 유발한다. 따라서, TiN 전극에 양의 전압을인가하면 임계 전압이 크고 누설 전류가 작다. 이러한 물리적 현상의 직접적인 결과는 도 3(c)와 (d)의 I-V 특성에서 확인할 수 있다. Pt 셀렉터는 Gr 셀렉터보다 누설 전류가 더 큰 제로 바이어스에 가까운 셀렉터일 수 있다. 원소 조성비는 두 샘플에서 동일하였다. 도 2(g)에 표시된 바와 같이, Pt 셀렉터는 옴 특성을 나타내며 Gr 셀렉터에 대한 전류는 기하 급수적으로 증가한다.Figures 3(a) and (b) show the operating mechanism of the Gr selector in the case of opposite voltage polarity. As shown in Fig. 3(a), when a positive voltage is applied to the graphene electrode, the electric field is concentrated near the edge of the graphene due to its distribution characteristics. Therefore, Cu + ions can be easily transferred to the wide TiN electrode, causing a large current. In contrast, when a positive voltage is applied to the TiN electrode (Fig. 3(b)), a high concentration of Cu + ions can be observed near the graphene edge, causing a current concentration effect. Therefore, when a positive voltage is applied to the TiN electrode, the threshold voltage is large and the leakage current is small. A direct result of this physical phenomenon can be confirmed in the I-V characteristics of FIGS. 3(c) and (d). The Pt selector may be a near-zero bias selector with greater leakage current than the Gr selector. The elemental composition ratio was the same in both samples. As shown in Fig. 2(g), the Pt selector exhibits an ohmic characteristic and the current to the Gr selector increases exponentially.

도 4는 본 발명에 따른 다양한 예시에 따른 그래핀 엣지 RRAM의 I-V 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 4의 (a), (b)는 셀렉터 층이 없는 그래핀 엣지 RRAM의 I-V 특성이고, TiN 층은 두 경우 모두 양극이다. 도 4의 (c)는 1S1R 구조와 다양한 엣지 전극 재료 (그래핀 및 Pt)의 I-V 곡선을 비교한 것이다. 도 4의 (d)는 셀렉터 층의 유무에 따른 그래핀 RRAM의 SET 및 RESET 전압 분포를 나타낸다. 도 4의 (e)는 셀렉터 층 유무에 따른 그래핀의 저항 분포를 나타낸다. 1S1R 구조의 메모리 윈도우는 셀렉터가 없는 그래핀 RRAM의 메모리 창보다 크다. 도 4의 (f) 셀렉터 층유무에 따른 그래핀의 1/3 Vread 전류 분포를 나타낸다. 4 shows IV characteristics of graphene edge RRAM according to various examples according to the present invention. Specifically, (a) and (b) of FIG. 4 are IV characteristics of a graphene edge RRAM without a selector layer, and the TiN layer is an anode in both cases. Fig. 4(c) compares the IV curves of the 1S1R structure and various edge electrode materials (graphene and Pt). Figure 4(d) shows the SET and RESET voltage distributions of the graphene RRAM according to the presence or absence of the selector layer. 4(e) shows the resistance distribution of graphene according to the presence or absence of a selector layer. The memory window of the 1S1R structure is larger than that of graphene RRAM without a selector. Figure 4 (f) shows the 1/3 V read current distribution of graphene according to the presence or absence of a selector layer.

그래핀 전극 유무에 따른 그래핀 엣지 RRAM의 I-V 특성이 실험적으로 획득될 수 있다 (각각 도 4(a)와 (b)). 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 셀렉터 층 유무에 따른 RRAM의 비선형성 계수는 각각 1.9 × 103 및 5.41이다. 2 개의 다른 엣지 전극 재료 (그래핀 및 Pt)와 1S1R 구조의 비교가 도 4(c)에 도시되어 있다. Pt 디바이스는 예상보다 훨씬 높은 전류 레벨을 나타낸다. 이러한 차이의 이유는 전극의 두께 차이 때문이다. 옴의 법칙에 따라 셀 영역의 역수가 증가함에 따라 HRS의 저항이 증가하는 것으로 알려져 있다. Pt는 그래핀보다 훨씬 두껍기 때문에, Pt 전극의 단면 또한 훨씬 더 커서 HRS 값이 더 작고 메모리 윈도우가 더 작다. 저항 레벨의 큰 차이로 인해, 셀렉터 재료는 그래핀 전극과 관련하여 더 강한 비선형성을 나타낼 수 있다.IV characteristics of the graphene edge RRAM according to the presence or absence of the graphene electrode can be experimentally obtained (Figs. 4(a) and (b), respectively). As shown in Fig. 4(a), the nonlinearity coefficients of the RRAM according to the presence or absence of the selector layer are 1.9 × 10 3 and 5.41, respectively. A comparison of the 1S1R structure with two different edge electrode materials (graphene and Pt) is shown in Fig. 4(c). Pt devices exhibit much higher current levels than expected. The reason for this difference is the difference in the thickness of the electrodes. According to Ohm's law, it is known that the resistance of HRS increases as the reciprocal of the cell area increases. Since Pt is much thicker than graphene, the cross-section of the Pt electrode is also much larger, resulting in a smaller HRS value and a smaller memory window. Due to the large difference in resistance level, the selector material may exhibit stronger nonlinearity with respect to the graphene electrode.

도 4(d)는 독립형 RRAM (1R) 및 1S1R 구조의 경우 SET/RESET 전압 분포를 나타낸다. 1S1R 구조는 셀렉터 층에 걸친 전압 강하로 인해 1R 구조에서 요구되는 것과 비교할 때 동작을 위해 더 큰 SET 전압이 필요하다. 도 4(e)에 도시된 바와 같이, 1S1R의 메모리 윈도우는 더 높은 HRS 저항으로 인해 그래핀 RRAM의 메모리 윈도우보다 크다. 1S1R 구조의 전체 HRS 전류 분포는 도 4f에 표시된 것처럼 1R 구조보다 2 배 이상 낮다. 감소된 오프 상태 전류 및 증가된 메모리 윈도우는 내장된 셀렉터 계층의 직접적인 결과이다.Fig. 4(d) shows the SET/RESET voltage distribution for the standalone RRAM 1R and 1S1R structures. The 1S1R structure requires a larger SET voltage for operation compared to that required in the 1R structure due to the voltage drop across the selector layer. As shown in Fig. 4(e), the memory window of 1S1R is larger than that of graphene RRAM due to the higher HRS resistance. The overall HRS current distribution of the 1S1R structure is more than two times lower than that of the 1R structure, as shown in Fig. 4f. The reduced off-state current and increased memory window are a direct result of the built-in selector hierarchy.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 1S-1R 그래핀 엣지 장치의 I-V 특성 및 저항 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 5(a)는 대표적인 1S-1R 그래핀 엣지 장치의 반복된 DC I-V 곡선 (50 사이클)을 나타낸다. 이와 관련하여, 최악의 케이스는 빨간색 선으로 표시된다. 도 5 (b)는 대표적인 1S-1R 그래핀 엣지 장치의 반복 펄스 측정을 나타낸다. SET 및 RESET의 펄스 폭과 진폭은 각각 200ms, 100ms 및 3.5V, -4V이다. 판독 전압은 1.8V였다.On the other hand, Figure 5 shows the I-V characteristics and resistance characteristics of the 1S-1R graphene edge device according to the present invention. Specifically, Fig. 5(a) shows repeated DC I-V curves (50 cycles) of a representative 1S-1R graphene edge device. In this regard, the worst case is indicated by the red line. Figure 5(b) shows repeated pulse measurements of a representative 1S-1R graphene edge device. The pulse widths and amplitudes of SET and RESET are 200 ms, 100 ms, and 3.5V and -4V, respectively. The read voltage was 1.8V.

대표적인 1S-1R 그레이 페인 엣지 장치의 반복 DC 및 펄스 측정 결과가 도 5에 나와 있다. 셀렉터의 존재로 인해 셀렉터가 켜질 때까지 이 장치는 낮은 전류를 나타낸다 (도 5(a)). 전원 전압은 0.5-1.2V 사이였으며 최악의 경우 빨간색 곡선으로 표시된다. 도 5(b)에서 1S-1R 구조의 반복성을 조사하기 위해 펄스 측정 방식이 사용될 수 있다. LRS 및 HRS 값은 변동을 보였지만 여전히 800 사이클 이상 동안 합리적인 메모리 윈도우를 유지할 수 있다.The repeated DC and pulse measurement results of a representative 1S-1R gray pained edge device are shown in FIG. 5 . Due to the presence of the selector, the device exhibits a low current until the selector is turned on (Fig. 5(a)). The supply voltage was between 0.5-1.2V and the worst case is indicated by the red curve. A pulse measurement method may be used to investigate the repeatability of the 1S-1R structure in FIG. 5(b). Although the LRS and HRS values have fluctuated, they can still maintain a reasonable memory window for more than 800 cycles.

전술한 본 발명에 따른 저항 메모리와 관련하여, 저전력 셀렉터를 구비한 메모리에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 6은 그래핀 엣지를 이용한 저전력 셀렉터의 전반적인 구조와 투과 전자 현미경 및 에너지분산형 분광분석 이미지를 보여준다. TiN 을 상부전극으로 사용한 경우이며 그래핀 엣지 전극과 상부 전극 사이에 CuGeS 셀렉터가 있는 구조이다. SiO2를 이용하여 보호막(passivation)을 형성해준다. Pt 는 측정 용이를 위한 패드로서 그래핀과 접합시킨다. In relation to the above-described resistive memory according to the present invention, a memory having a low-power selector will be described as follows. In this regard, FIG. 6 shows the overall structure of a low-power selector using graphene edges, and images of transmission electron microscopy and energy dispersive spectroscopy. In the case of using TiN as the upper electrode, the structure has a CuGeS selector between the graphene edge electrode and the upper electrode. A passivation layer is formed using SiO2. Pt is bonded to graphene as a pad for easy measurement.

도 6을 참조하면, 저전력 셀렉터를 구비한 저항 메모리는 상부 전극(100),그래핀 층(graphene layer, 200) 및 셀렉터(250)로 이루어진 셀렉터 층(selector layer)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 상부 전극(100)은 TiN 전극으로 구성되고, 그래핀 층(200)의 엣지 영역은 그래핀 엣지 전극(graphene edge electrode)으로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 6 , a resistive memory having a low-power selector may include a selector layer including an upper electrode 100 , a graphene layer 200 , and a selector 250 . In this regard, the upper electrode 100 may be configured as a TiN electrode, and the edge region of the graphene layer 200 may be configured as a graphene edge electrode.

그래핀 층(200)은 상부 전극(100)의 하부에 배치되고, 엣지 영역에 그래핀 전극(graphene electrode)이 형성될 수 있다. 한편, 셀렉터 층(selector layer)은 상부 전극(100)과 그래핀 전극 사이에 형성된 셀렉터(250)로 이루어질 수 있다.The graphene layer 200 may be disposed under the upper electrode 100 , and a graphene electrode may be formed in an edge region. Meanwhile, the selector layer may include the selector 250 formed between the upper electrode 100 and the graphene electrode.

일 실시 예에 따르면, 셀렉터(250)는 칼코겐나이드 물질로 이루어진 칼코겐나이드 셀렉터로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the selector 250 may be formed of a chalcogenide selector made of a chalcogenide material.

일 실시 예에 따르면, 셀렉터(250)는 CuGeS 칼코겐나이드 물질로 이루어진 CuGeS 셀렉터로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the selector 250 may be formed of a CuGeS selector made of a CuGeS chalcogenide material.

일 실시 예에 따르면, 그래핀 층(200)은 0.3nm 이하의 그래핀 층으로 구성되고, 상그래핀 층(200)의 엣지 영역이 저항 메모리의 전극으로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the graphene layer 200 may be formed of a graphene layer of 0.3 nm or less, and an edge region of the upper graphene layer 200 may be formed as an electrode of a resistive memory.

도 6을 참조하면, 저항 메모리는 그래핀 층(200)과 접합되도록 구성된 Pt 전극(400)을 더 포함할 수 있다. Pt 전극(400)은 그래핀 층(200)의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the resistive memory may further include a Pt electrode 400 configured to be bonded to the graphene layer 200 . The Pt electrode 400 may be formed to be thicker than the thickness of the graphene layer 200 .

일 실시 예에 따른 상부 전극(100)과 셀렉터(250)는 층상 구조의 다수의 영역으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 상부 전극(100)에 해당하는 TiN 전극은 제1 전극 영역(electrode region, ER1)과 제1 전극 영역(ER1)보다 소정 높이만큼 하부에 형성되는 제2 전극 영역(ER2)을 포함할 수 있다. 또한, 상부 전극(100)에 해당하는 TiN 전극은 제1 전극 영역(ER1)과 제2 전극 영역(ER2)을 수직하게 연결하는 수직 연결부(VC)를 더 포함할 수 있다.The upper electrode 100 and the selector 250 according to an embodiment may be formed of a plurality of regions having a layered structure. In this regard, the TiN electrode corresponding to the upper electrode 100 includes a first electrode region ER1 and a second electrode region ER2 formed below the first electrode region ER1 by a predetermined height. can do. In addition, the TiN electrode corresponding to the upper electrode 100 may further include a vertical connection part VC that vertically connects the first electrode region ER1 and the second electrode region ER2 .

셀렉터(250)는 제1 영역(R1)과 제1 영역(R1)보다 소정 높이만큼 하부에 형성되는 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 셀렉터(250)의 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)은 상부 전극(100)에 해당하는 TiN 전극의 제1 전극 영역(ER1)과 제2 전극 영역(ER2)과 접합되도록 구성될 수 있다. 한편, 셀렉터(250)는 제1 영역(R1)과 상제2 영역(R2)을 수직하게 연결하는 수직 연결부(VC)를 더 포함할 수 있다.The selector 250 may include a first region R1 and a second region R2 formed below the first region R1 by a predetermined height. In this regard, the first region R1 and the second region R2 of the selector 250 include the first electrode region ER1 and the second electrode region ER2 of the TiN electrode corresponding to the upper electrode 100 , and It may be configured to be bonded. Meanwhile, the selector 250 may further include a vertical connection part VC that vertically connects the first region R1 and the upper second region R2.

본 명세서에서 설명되는 저전력 셀렉터를 구비하는 저항 메모리는 3D 수직 구조 메모리로 구성될 수 있다. The resistive memory with a low power selector described herein may be configured as a 3D vertical structure memory.

도 6을 참조하면, 그래핀 층(200)은 제1 그래핀 층(210) 및 제1 그래핀 층(210) 의 하부에 배치되는 제2 그래핀 층(220)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 저항 메모리는 상부 전극(100)과 제1 그래핀 층(210) 사이에 메모리 물질로 형성되는 수직 구조 메모리 셀(300)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the graphene layer 200 may include a first graphene layer 210 and a second graphene layer 220 disposed below the first graphene layer 210 . In this regard, the resistive memory may further include a vertical structure memory cell 300 formed of a memory material between the upper electrode 100 and the first graphene layer 210 .

일 실시 예에 따르면, 수직 구조 메모리 셀(300)은 제1 그래핀 층(210) 및 및 제2 그래핀 층(220)과 접합되도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the vertical structure memory cell 300 may be configured to be bonded to the first graphene layer 210 and the second graphene layer 220 .

일 실시 예에 따르면, 그래핀 층(200)은 제2 그래핀 층(220)의 하부에 배치되는 제3 그래핀 층을 더 포함할 수 있다. 수직 구조 메모리 셀(300)은 제1 그래핀 층(210) 내지 제3 그래핀 층(230)과 접합되도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the graphene layer 200 may further include a third graphene layer disposed under the second graphene layer 220 . The vertical structure memory cell 300 may be configured to be bonded to the first graphene layer 210 to the third graphene layer 230 .

본 발명의 다른 양상에 따른 저전력 셀렉터를 구비하는 비활성 메모리(non-volatile memory)가 제공된다. 상기 비활성 메모리(non-volatile memory)는 상부 전극(100), 그래핀 층(graphene layer, 200), 셀렉터(250) 및 수직 구조 메모리 셀(300)을 포함하도록 구성될 수 있다. 그래핀 층(200)은 상부 전극(100)의 하부에 배치되고, 엣지 영역에 그래핀 전극(graphene electrode)이 형성되도록 구성될 수 있다. 셀렉터 층(selector layer)은 상부 전극(100)과 그래핀 전극 사이에 형성된 셀렉터로 이루어질 수 있다.A non-volatile memory having a low power selector according to another aspect of the present invention is provided. The non-volatile memory may be configured to include an upper electrode 100 , a graphene layer 200 , a selector 250 , and a vertical memory cell 300 . The graphene layer 200 may be disposed under the upper electrode 100 , and a graphene electrode may be formed in an edge region. The selector layer may include a selector formed between the upper electrode 100 and the graphene electrode.

수직 구조 메모리 셀(300)은 상부 전극(100)과 그래핀 층(200) 사이에 메모리 물질로 형성될 수 있다. 수직 구조 메모리 셀(300)은 상부 전극(100)과 그래핀 층(200) 사이에 복수의 열과 행으로 배치되는 수직 구조 메모리 셀인 것을 특징으로 할 수 있다.The vertical structure memory cell 300 may be formed of a memory material between the upper electrode 100 and the graphene layer 200 . The vertical structure memory cell 300 may be characterized as a vertical structure memory cell disposed in a plurality of columns and rows between the upper electrode 100 and the graphene layer 200 .

일 실시 예에 따르면, 상부 전극(100)은 TiN 전극으로 구성되고, 그래핀 층의 엣지 영역은 그래핀 엣지 전극(graphene edge electrode)으로 구성될 수 있다.According to an embodiment, the upper electrode 100 may be configured as a TiN electrode, and an edge region of the graphene layer may be configured as a graphene edge electrode.

일 실시 예에 따르면, 셀렉터(250)는 CuGeS 칼코겐나이드 물질로 이루어진 CuGeS 셀렉터일 수 있다.According to an embodiment, the selector 250 may be a CuGeS selector made of a CuGeS chalcogenide material.

일 실시 예에 따르면, 그래핀 층(200)은은 0.3nm 이하의 그래핀 층으로 구성되고, 그래핀 층(200)의 엣지 영역이 수직구조 저항 메모리의 전극으로 형성될 수있다. According to an embodiment, the graphene layer 200 may be formed of a graphene layer of 0.3 nm or less, and an edge region of the graphene layer 200 may be formed as an electrode of a vertical structure resistance memory.

일 실시 예에 따르면, 비활성 메모리는 resistive random access memory (RRAM)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, RRAM로 구성된 비활성 메모리는 이전에 흘렀던 전류의 과거 정보에 따라 저항의 세기가 변하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment, the non-volatile memory may be configured as a resistive random access memory (RRAM). In this regard, the inactive memory formed of the RRAM may be characterized in that the strength of the resistance changes according to past information of the current that has flowed in the past.

일 실시 예에 따르면, RRAM은 뉴로모픽 프로세서와 동작 가능하게 결합되고, 뉴로모픽 프로세서로부터 임계값 이상의 전압이 인가되면 상기 수직 구조 저항 메모리의 소자 저항이 상기 임계값 이하의 전압이 인가된 경우보다 낮은 저항 값으로 변경되도록 구성될 수 있다. 또한, RRAM은 뉴로모픽 프로세서로부터 임계값 이하의 전압이 인가되면 소자 저항이 이전의 저항 값으로 다시 변경될 수 있다.According to an embodiment, the RRAM is operatively coupled to the neuromorphic processor, and when a voltage greater than or equal to a threshold value is applied from the neuromorphic processor, the device resistance of the vertical structure resistance memory is lower than the threshold when a voltage is applied. It can be configured to change to a lower resistance value. Also, in the RRAM, when a voltage less than a threshold value is applied from the neuromorphic processor, the device resistance may be changed back to the previous resistance value.

이상에서는 본 명세서에 따른 저전력 셀렉터를 구비한 메모리에 대하여 설명하였다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 원자적으로 얇은 그래핀 가장자리 전극을 사용하여 3D 수직 RRAM 구조에서 CuGeS chalcogenide 셀렉터의 스케일링 특성에 대하여 설명하였다. 그래 핀-엣지 전극은 더 두꺼운 금속계 전극에 의해 나타나는 것과 비교할 때 전극-셀렉터 계면에 걸쳐 증가된 저항을 나타내어, 오프 상태 누설 전류의 감소를 초래 하였다. 셀렉터가 3D 수직 구조에 내장된 경우, 얇은 그래핀 엣지 및 넓은 TiN 필러 전극은 고도로 비대칭적인 전류 분포로 I-V 특성에 급격한 차이를 나타낸다. 이 현상은 이온 극성의 직접적인 결과이며, 이는 전압 극성과 Cu 이온 수송 방향에 크게 의존하다. 셀렉터를 금속-산화물 RRAM과 결합함으로써, 누설 전류가 크게 감소하는 것이 관찰될 수 있다. 또한, 강한 비선형성이 도입되어 메모리 윈도우가 증가할 수 있다. 스케일링된 저항성 메모리를 위한 다양한 3D 아키텍처의 관점에서 최근의 개발은 고밀도 RRAM 저장을 위한 경로를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 RRAM 스케일링 트렌드를 수용할 수 있는 임베디드 셀렉터의 개발은 초 고밀도 3D 메모리 기술을 달성하기 위한 중요한 단계가 될 것이다.In the above, a memory having a low-power selector according to the present specification has been described. In this regard, the scaling characteristics of CuGeS chalcogenide selectors in 3D vertical RRAM structures using atomically thin graphene edge electrodes are described herein. The graphene-edge electrode exhibited increased resistance across the electrode-selector interface when compared to that exhibited by the thicker metal-based electrode, resulting in a decrease in the off-state leakage current. When the selector is embedded in the 3D vertical structure, the thin graphene edge and the wide TiN filler electrode show a sharp difference in I-V characteristics with a highly asymmetric current distribution. This phenomenon is a direct result of ion polarity, which is highly dependent on voltage polarity and Cu ion transport direction. By combining the selector with the metal-oxide RRAM, it can be observed that the leakage current is greatly reduced. In addition, strong non-linearities may be introduced to increase the memory window. Recent developments in terms of various 3D architectures for scaled resistive memory may provide a path for high-density RRAM storage. In addition, the development of an embedded selector that can accommodate this RRAM scaling trend will be an important step to achieve ultra-high-density 3D memory technology.

이와 관련하여, 저항성 메모리는 단순성, 소형성 및 관리 가능한 전력 손실로 인해 복잡한 신경 형성 네트워크의 하드웨어 구현에서 핵심 구성 요소로 간주된다. 그러나, two-terminal 장치의 장점을 유지하면서 충분한 장치 밀도를 제공하기 위해서는 셀렉터 재료 기술 및 비트 비용 효율적인 3 차원 (3D) 장치 아키텍처에 관한 획기적인 기술이 필요하다. 멤리스터 장치의 스케일링 진행에서 셀렉터 재료의 스케일링 가능성은 불확실한 상태로 유지된다. 본 명세서에서, 3D 수직 메모리 구조에서 원자 적으로 얇은 그래핀 엣지는 CuGeS 칼코겐나이드 셀렉터 층에서 고도로 집중된 전기장의 영향을 연구하는데 사용된다. 본 명세서는 고체 칼코겐나이드 전해질에서 이동성 이온의 특성을 이해하고 초소형 셀렉터 장치의 잠재력을 이해하는 데 중요한 단계를 제시한다.In this regard, resistive memory is regarded as a key component in the hardware implementation of complex neural formation networks due to its simplicity, compactness and manageable power dissipation. However, breakthroughs in selector material technology and bit cost-effective three-dimensional (3D) device architectures are needed to provide sufficient device density while maintaining the advantages of two-terminal devices. In the scaling progress of the memristor device, the scalability of the selector material remains uncertain. Herein, atomically thin graphene edges in 3D vertical memory structures are used to study the effect of highly concentrated electric fields in CuGeS chalcogenide selector layers. This specification presents important steps in understanding the properties of mobile ions in solid chalcogenide electrolytes and the potential of microselector devices.

본 발명에 따르면, 전술한 문제점들을 극복하기 원자적으로 얇은(0.3 nm) 그래핀의 엣지를 전극으로 사용하는 CuGeS Chalcogenide 물질을 셀렉터로 적용할 수 있다.According to the present invention, a CuGeS chalcogenide material using an atomically thin (0.3 nm) edge of graphene as an electrode can be applied as a selector to overcome the above-mentioned problems.

또한, 본 발명에 따르면, 그래핀 엣지 전극은 두꺼운 금속 기반의 전극에 비해 전극-셀렉터 간의 계면의 저항이 증가하여 OFF 상태 누출 전류가 감소하는 결과를 도출한다. CuGeS 셀렉터가 수직 구조에 내장될 때, 얇은 그래핀 엣지 전극과 넓은 TiN 필러 전극은 비대칭 전류 분포가 큰 I-V 특성을 보인다. 이 현상은 전압 극성과 Cu 이온 수송 방향에 따라 크게 달라지는 이온 혼잡 효과 때문이다. In addition, according to the present invention, the graphene edge electrode increases the resistance of the electrode-selector interface compared to the thick metal-based electrode, resulting in a decrease in OFF-state leakage current. When the CuGeS selector is embedded in the vertical structure, the thin graphene edge electrode and the wide TiN filler electrode show I-V characteristics with large asymmetric current distribution. This phenomenon is due to the ion congestion effect, which is strongly dependent on the voltage polarity and Cu ion transport direction.

또한, 본 발명에 따르면, 그래핀 엣지를 적용한 셀렉터와 RRAM을 결합하였을 때 누설 전류가 최대 103 배 감소되고 메모리 윈도우가 증가하는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, when the selector to which the graphene edge is applied and the RRAM are combined, the leakage current is reduced up to 10 3 times and the memory window is increased.

또한, 본 발명에 따르면, 얇은 그래핀을 사용하여 집적도를 높였으며 이와 함께 셀렉터를 사용하여 작은 누설전류의 장점을 도출할 수 있어 전자전기분야에 적용시킬 수 있다. 특히, 저항 메모리에 적용할 시 sneak path 문제를 해결할 수 있어 메모리 반도체 분야에도 적용시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, the degree of integration is increased by using thin graphene, and the advantage of a small leakage current can be derived by using a selector, so that it can be applied to the field of electronics and electricity. In particular, when applied to a resistive memory, it can solve the sneak path problem, so it can be applied to the memory semiconductor field.

또한, 본 발명에 따르면, 결과적으로 그래핀 엣지를 이용한 저전력 셀렉터는 얇은 2차원 물질을 이용함으로써 집적도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 전극과 셀렉터 사이의 계면 저항이 증가하기 때문에 누설 전류를 대폭 감소시킬 수 있다. 또한 저항 메모리에 적용하면 sneak path 문제를 보완할 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention, as a result, the low-power selector using the graphene edge can not only increase the degree of integration by using a thin two-dimensional material, but also significantly reduce the leakage current because the interface resistance between the electrode and the selector increases. . In addition, when applied to resistive memory, it has the advantage of supplementing the sneak path problem.

현재 디지털과 아날로그 산업은 실리콘 bulk 반도체 기반으로 이뤄지고 있으나 반도체 회로의 집적도가 더욱 더 중요시 되면서 얇은 2차원 물질의 적용과 누설전류의 감소가 중요하다. 이를 고려할 때 그래핀 엣지를 이용한 저전력 셀렉터는 초고밀도 3D 메모리의 중요한 기반이 될 수 있다. Currently, the digital and analog industries are based on silicon bulk semiconductors, but as the degree of integration of semiconductor circuits becomes more and more important, the application of thin two-dimensional materials and reduction of leakage current are important. Considering this, a low-power selector using graphene edges can be an important basis for ultra-high-density 3D memory.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들에 대한 설계 및 파라미터 최적화는 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.According to the software implementation, not only the procedures and functions described in this specification but also the design and parameter optimization for each component may be implemented as a separate software module. The software code may be implemented as a software application written in a suitable programming language. The software code may be stored in a memory and executed by a controller or a processor.

Claims (20)

저전력 셀렉터를 구비한 저항 메모리에 있어서,
상부 전극;
상기 상부 전극의 하부에 배치되고, 엣지 영역에 그래핀 전극(graphene electrode)이 형성된 그래핀 층(graphene layer);
상기 상부 전극과 상기 그래핀 전극 사이에 형성된 셀렉터로 이루어진 셀렉터 층(selector layer)을 포함하는, 저항 메모리.
A resistive memory having a low power selector, comprising:
upper electrode;
a graphene layer disposed under the upper electrode and having a graphene electrode formed in an edge region;
and a selector layer comprising a selector formed between the upper electrode and the graphene electrode.
제1 항에 있어서,
상기 상부 전극은 TiN 전극으로 구성되고, 상기 그래핀 층의 엣지 영역은 그래핀 엣지 전극(graphene edge electrode)로 구성되는, 저항 메모리.
According to claim 1,
wherein the upper electrode is configured as a TiN electrode, and an edge region of the graphene layer is configured as a graphene edge electrode.
제1 항에 있어서,
상기 셀렉터는 칼코겐나이드 물질로 이루어진 칼코겐나이드 셀렉터로 형성되는, 저항 메모리.
According to claim 1,
wherein the selector is formed of a chalcogenide selector made of a chalcogenide material.
제3 항에 있어서,
상기 셀렉터는 CuGeS 칼코겐나이드 물질로 이루어진 CuGeS 셀렉터인 것을 특징으로 하는, 저항 메모리.
4. The method of claim 3,
The resistive memory, characterized in that the selector is a CuGeS selector made of a CuGeS chalcogenide material.
제1 항에 있어서,
상기 그래핀 층은 0.3nm 이하의 그래핀 층으로 구성되고, 상기 그래핀 층의 엣지 영역이 상기 저항 메모리의 전극으로 형성되는, 저항 메모리.
According to claim 1,
The resistive memory, wherein the graphene layer is composed of a graphene layer of 0.3 nm or less, and an edge region of the graphene layer is formed as an electrode of the resistive memory.
제5 항에 있어서,
상기 그래핀 층과 접합되도록 구성된 Pt 전극을 더 포함하고, 상기 Pt 전극은 상기 그래핀 층의 두께보다 더 두껍게 형성되는, 저항 메모리.
6. The method of claim 5,
and a Pt electrode configured to bond with the graphene layer, wherein the Pt electrode is formed to be thicker than a thickness of the graphene layer.
제2 항에 있어서,
상기 TiN 전극은 제1 전극 영역(electrode region)과 상기 제1 전극 영역보다 소정 높이만큼 하부에 형성되는 제2 전극 영역을 포함하는, 저항 메모리.
3. The method of claim 2,
wherein the TiN electrode includes a first electrode region and a second electrode region formed below the first electrode region by a predetermined height.
제7 항에 있어서,
상기 TiN 전극은 상기 제1 전극 영역과 상기 제2 전극 영역을 수직하게 연결하는 수직 연결부를 더 포함하는, 저항 메모리.
8. The method of claim 7,
The TiN electrode further includes a vertical connection portion vertically connecting the first electrode region and the second electrode region.
제7 항에 있어서,
상기 셀렉터는 제1 영역과 상기 제1 영역보다 소정 높이만큼 하부에 형성되는 제2 영역을 포함하고,
상기 셀렉터의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 TiN 전극의 상기 제1 전극 영역과 상기 제2 전극 영역과 접합되도록 구성되는, 저항 메모리.
8. The method of claim 7,
The selector includes a first area and a second area formed below the first area by a predetermined height,
and the first region and the second region of the selector are configured to bond with the first electrode region and the second electrode region of the TiN electrode.
제9 항에 있어서,
상기 셀렉터는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 수직하게 연결하는 수직 연결부를 더 포함하는, 저항 메모리.
10. The method of claim 9,
and the selector further includes a vertical connection part vertically connecting the first region and the second region.
제1 항에 있어서,
상기 그래핀 층은 제1 그래핀 층 및 상기 제1 그래핀 층의 하부에 배치되는 제2 그래핀 층을 포함하고,
상기 상부 전극과 상기 제1 그래핀 층 사이에 메모리 물질로 형성되는 수직 구조 메모리 셀을 포함하는, 수직 구조 저항 메모리.
According to claim 1,
The graphene layer includes a first graphene layer and a second graphene layer disposed under the first graphene layer,
and a vertically structured memory cell formed of a memory material between the upper electrode and the first graphene layer.
제11 항에 있어서,
상기 수직 구조 메모리 셀은 상기 제1 그래핀 층 및 상기 제2 그래핀 층과 접합되도록 구성되는, 저항 메모리.
12. The method of claim 11,
wherein the vertically structured memory cell is configured to bond with the first graphene layer and the second graphene layer.
제11 항에 있어서,
상기 그래핀 층은 상기 제2 그래핀 층의 하부에 배치되는 제3 그래핀 층을 더 포함하고,
상기 수직 구조 메모리 셀은 상기 제1 그래핀 층 내지 상기 제3 그래핀 층과 접합되도록 구성되는, 저항 메모리.
12. The method of claim 11,
The graphene layer further comprises a third graphene layer disposed under the second graphene layer,
wherein the vertical structure memory cell is configured to bond with the first graphene layer through the third graphene layer.
비활성 메모리(non-volatile memory)에 있어서,
상부 전극;
상기 상부 전극의 하부에 배치되고, 엣지 영역에 그래핀 전극(graphene electrode)이 형성된 그래핀 층(graphene layer);
상기 상부 전극과 상기 그래핀 전극 사이에 형성된 셀렉터로 이루어진 셀렉터 층(selector layer); 및
상기 상부 전극과 상기 그래핀 층 사이에 메모리 물질로 형성되는 수직 구조 메모리 셀을 포함하는, 비활성 메모리.
In non-volatile memory,
upper electrode;
a graphene layer disposed under the upper electrode and having a graphene electrode formed in an edge region;
a selector layer including a selector formed between the upper electrode and the graphene electrode; and
and a vertically structured memory cell formed of a memory material between the upper electrode and the graphene layer.
제14 항에 있어서,
상기 수직 구조 메모리 셀은 상기 상부 전극과 상기 그래핀 층 사이에 복수의 열과 행으로 배치되는 수직 구조 메모리 셀인 것을 특징으로 하는, 비활성 메모리.
15. The method of claim 14,
wherein the vertical memory cell is a vertical memory cell disposed in a plurality of columns and rows between the upper electrode and the graphene layer.
제14 항에 있어서,
상기 상부 전극은 TiN 전극으로 구성되고, 상기 그래핀 층의 엣지 영역은 그래핀 엣지 전극(graphene edge electrode)으로 구성되는, 저항 메모리.
15. The method of claim 14,
wherein the upper electrode is configured as a TiN electrode, and an edge region of the graphene layer is configured as a graphene edge electrode.
제14 항에 있어서,
상기 셀렉터는 CuGeS 칼코겐나이드 물질로 이루어진 CuGeS 셀렉터인 것을 특징으로 하는, 저항 메모리.
15. The method of claim 14,
The resistive memory, characterized in that the selector is a CuGeS selector made of a CuGeS chalcogenide material.
제14 항에 있어서,
상기 그래핀 층은 0.3nm 이하의 그래핀 층으로 구성되고, 상기 그래핀 층의 엣지 영역이 상기 수직구조 저항 메모리의 전극으로 형성되는, 비활성 메모리.
15. The method of claim 14,
The graphene layer is composed of a graphene layer of 0.3 nm or less, and an edge region of the graphene layer is formed as an electrode of the vertical structure resistive memory.
제14 항에 있어서,
상기 비활성 메모리는 resistive random access memory (RRAM)로 구성되고, 이전에 흘렀던 전류의 과거 정보에 따라 저항의 세기가 변하는 것을 특징으로 하는, 비활성 메모리.
15. The method of claim 14,
The inactive memory is composed of a resistive random access memory (RRAM), characterized in that the resistance is changed according to the past information of the current flowing in the past, the inactive memory.
제14 항에 있어서,
상기 RRAM은 뉴로모픽 프로세서와 동작 가능하게 결합되고, 상기 뉴로모픽 프로세서로부터 임계값 이상의 전압이 인가되면 상기 수직 구조 저항 메모리의 소자 저항이 상기 임계값 이하의 전압이 인가된 경우보다 낮은 저항 값으로 변경되고, 상기 임계값 이하의 전압이 인가되면 상기 소자 저항이 이전의 저항 값으로 다시 변경되는, 비활성 메모리.
15. The method of claim 14,
The RRAM is operatively coupled to the neuromorphic processor, and when a voltage greater than or equal to a threshold value is applied from the neuromorphic processor, the device resistance of the vertical structure resistive memory has a lower resistance value than when a voltage less than or equal to the threshold is applied. , and when a voltage equal to or less than the threshold value is applied, the device resistance is changed back to the previous resistance value.
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