KR20220137340A - 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents
친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자 및 그의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
다양한 실시예들은 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자 및 그의 제조 방법을 제공한다. 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자는, 기판, 기판 상에 배치되는 하부 전극층, 하부 전극층 상에 배치되고, 아가로즈(agarose) 재료를 포함하는 저항 변화층, 및 저항 변화층 상에 배치되는 상부 전극층을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 비휘발성 기억 소자는 아가로즈 재료를 기반으로 구현됨에 따라, 생분해성을 획득할 수 있으며, 생분해성을 기반으로 환경 진화적일 수 있다.
Description
다양한 실시예들은 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 상용화된 비휘발성 메모리인 플래시(Flash) 소자의 경우 스케일링(scaling)의 어려움이 있으며, 낮은 동작 속도와 큰 소비 전력의 문제가 있어서, 이를 대체할 차세대 비휘발성 메모리 소자의 개발이 필요하다. 저항 변화 메모리는 낮은 전력소비, 빠른 스위칭 속도, 저비용, 간단한 장치 구조로 인한 높은 확장성을 제공하는 차세대 비휘발성 메모리의 유망한 형태이다.
반도체 기술 및 전자, 재료 과학의 급속한 발전으로 일상 생활에서 상당한 발전과 변화가 이루어져 왔다. 그에 따른 전자 장치의 사용은 급속히 확산되고 있지만, 전자 폐기물의 발생이라는 환경적인 문제가 대두되고 있는 실정이다. 더욱이 많은 반도체 장치에는 수운, 비소, 카드뮴 및 납등을 포함한 상당량의 독성 원소가 포함되어 있으며, 이는 전자 폐기물이 매립될 때 토양과 지하수로 침출될 수 있어, 반도체 장치에 대한 의존도를 복구 또는 재활용을 줄이기 위한 노력이 필요한 실정이다. 또한, 전자 폐기물이 안전하지 않게 폐기되면, 기밀 데이터를 복구하여 악용하는 등의 추가 적인 문제점이 발생될 수 있다. 그러므로, 특정 시간 내에 기능을 수행한 후, 화학적 또는 물리적 과정에 의해 완전히 또는 부분적으로 용해될 수 있는 전자 장치는 환경 오염 문제를 해결하기 위한 환경 친화적 장치일 뿐만 아니라, 정보 보안 측면에서도 중요한 의의를 가질 수 있다.
다양한 실시예들은, 환경 친화적이면서도 쉽게 분해가 가능한 아가로즈(agarose)를 기반으로 하는 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자 및 그의 제조 방법을 제공한다.
다양한 실시예들은 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자를 제공하며, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 하부 전극층, 상기 하부 전극층 상에 배치되고, 아가로즈 재료를 포함하는 저항 변화층(resistance switching layer), 및 상기 저항 변화층 상에 배치되는 상부 전극층을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들은 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자의 제조 방법을 제공하며, 아가로즈 재료를 포함하는 혼합 용액을 준비하는 단계, 상기 혼합 용액을 이용하여, 기판 상에 배치되는 하부 전극층 상에 저항 변화층을 형성하는 단계, 및 상기 저항 변화층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 비휘발성 기억 소자는 아가로즈 재료를 기반으로 하는 나노복합체 활성층을 저항 변화층으로 이용함으로써, 우수한 동작 특성, 낮은 제작 비용 및 고밀도 집적화가 가능하다. 이 때, 저항 변화층이 아가로즈 재료를 기반으로 생분해성을 가지므로, 비휘발성 기억 소자에 대한 안전한 폐기가 가능하다. 아울러, 비휘발성 기억 소자에서 저항 변화층이 분해됨에 따라, 기판과 하부 전극 및 상부 전극이 분리되어, 재활용될 수도 있다. 따라서, 비휘발성 기억 소자가 높은 정보 보안성을 가질 수 있을 뿐 아니라, 환경 친화적일 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자를 도시하는 도면이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자의 스위칭 특성을 나타낸다.
도 4는 다양한 실시예들 따른 비휘발성 기억 소자의 저장 안정성 특성을 나타낸다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자의 생분해성 실험 결과를 나타낸다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자의 스위칭 특성을 나타낸다.
도 4는 다양한 실시예들 따른 비휘발성 기억 소자의 저장 안정성 특성을 나타낸다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자의 생분해성 실험 결과를 나타낸다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)는 아가로즈(agarose) 재료를 포함하는 저항 변화층(130)이 하부 전극층(120)과 상부 전극층(140)에 의해 샌드위치된(sandwiched) 2-단자(two-terminal) 구조로 구현될 수 있다. 이러한 비휘발성 기억 소자(100)는, 외부에서 인가되는 전압에 의해, 저항 변화층(130)의 내부에서 전하 수송 메커니즘에 의해 저항의 차이가 발생하는 원리로 기억을 저장할 수 있다. 이를 통해, 비휘발성 기억 소자(100)는 우수한 동작 특성, 낮은 제작비용 및 고밀도 집적화에 대한 잠재적 응용성을 가질 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)는, 기판(110), 하부 전극층(120), 저항 변화층(130), 상부 전극층(140), 또는 연결 부재(150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 때, 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)는 아가로즈 재료를 기반으로 구현되고, 이에 따라 비휘발성 기억 소자(100)가 생분해성을 획득할 수 있다. 예를 들면, 비휘발성 기억 소자(100)는 생분해성을 기반으로 물에 의해 빠르고 자연스럽게 분해될 수 있다. 여기서, 아가로즈 재료는, 한천(agar)과 같은 해조류로부터 추출되는 고분자를 나타낼 수 있다.
기판(110)은 하부 전극층(120), 저항 변화층(130), 상부 전극층(140), 또는 연결 부재(150) 중 적어도 하나를 지지할 수 있다. 예를 들면, 기판(110)은 P-도핑된 실리콘(P+ doped-Si), 폴리이미드(Polyimide), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 글리콜나 프탈레이트(Polyethylene glycol naphthalate; PEN), 유리(Glass), 스테인리스 스틸(stainless steel), 또는 라이스 페이퍼(Rice paper) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
하부 전극층(120)은 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 이 때, 하부 전극층(120)은 복수의 하부 전극(121)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하부 전극(121)들은 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
저항 변화층(130)은 하부 전극층(120) 상에 배치될 수 있다. 이 때, 저항 변화층(130)은 아가로즈 재료를 포함할 수 있다. 이를 통해, 저항 변화층(130)은 아가로즈 재료를 기반으로 하는 나노복합체 활성층으로 지칭될 수도 있다. 예를 들면, 아가로즈 재료는 하기 [화학식 1]과 같이 표현될 수 있다. 이 때, 아가로즈 재료가 용매에 용해된 혼합 용액이 하부 전극층(120) 상에 증착됨에 따라, 저항 변화층(130)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 용매는 물, 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 아이소프로필알코올(Isopropyl alcohol), 아세톤(Aceton), 아세트 산(Acetic acid), 또는 다이메틸설폭시화물(dimethyl sulfoxide; DMSO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에서, 저항 변화층(130)은 추가 부재를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 아가로즈 재료, 추가 부재 및 용매가 혼합된 혼합 용액이 하부 전극층(120) 상에 증착됨에 따라, 저항 변화층(130)이 형성될 수 있다. 추가 부재는 단일 금속 입자, 복합 금속 입자, 나노선(nanowire), 나노 카본 재료, 양자점 입자, 금속 산화물 입자, 금속 질화물 입자, 또는 고분자 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 단일 금속 입자, 복합 금속 입자, 양자점 입자, 금속 산화물 입자, 또는 금속 질화물 입자 중 적어도 하나의 지름은, 약 5 nm 이상이고 약 100 nm 이하일 수 있다.
예를 들면, 단일 금속 입자, 복합 금속 입자, 또는 나노선 중 적어도 하나는 니켈(Ni), 철(Fe), 니켈-철 합금(NiFe), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 나노 카본 재료는, 단일벽(single-walled) 탄소나노튜브(carbon nanotube), 이중벽(double-walled) 탄소나노튜브, 다중벽(multi-walled) 탄소나노튜브, 풀러렌(fullerene), 탄소나노섬유(carbon nanofiber), 또는 그래핀(graphene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 양자점 입자는 양자점, 코어-셸(core-shell) 양자점, 또는 코어-셸-셸(core-shell-shell) 양자점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 양자점은 II-VI족 재료, 예컨대 CdSe, CdS, CdTe, ZnSe, 또는 III-V족 재료, 예컨대 InP, GaAs, GaP, GaN 중 적어도 하나를 포함하고, 코어-셸 양자점은 CdTe/CdS, GaAs/InP, ZnS/CdSe, CdSe/ZnSe, 또는 CuInS2/ZnS 중 적어도 하나를 포함하고, 코어-셸-셸 양자점은 InP/ZnSe/ZnS, CdTe/ZnSe/ZnS, InP/GaP/ZnS, 또는 CdSe/CdS/ZnS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 산화물 입자는 SiO2, TiO2, ZnO, ZrO2, Al2O3, Fe3O4, Fe2O3, CeO2, Ta2O5, 또는 CuO 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 금속 질화물 입자는 TaN, Cr2N, TiN, Li3N, WN, AIN, YN, ZrN, HfN, NbN, VN, Mo2N, GaN, InN, 또는 Si3N4 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상부 전극층(140)은 저항 변화층(130) 상에 배치될 수 있다. 이 때, 상부 전극층(140)은 복수의 상부 전극(141)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상부 전극(141)들은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 아연(Zn), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 또는 철(Fe) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
어떤 실시예들에서, 하부 전극층(120)과 상부 전극층(140)은 크로스바 어레이 구조로 배치될 수 있다. 이 때, 비휘발성 기억 소자(100)를 상부에서 볼 때, 하부 전극(121)들과 상부 전극(141)들은 십자(+) 형태로 교차되도록 배열될 수 있다.
연결 부재(150)는 하부 전극층(120)과 상부 전극층(140)을 연결할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결 부재(150)는 금속 와이어(wire)를 포함할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 어떤 실시예들에서, 비휘발성 기억 소자(100)는 저장 용량의 증가를 위해, 연속적인 적층 구조로 구현될 수 있다. 즉, 비휘발성 기억 소자(100)는 복수의 소자들로 이루어지고, 소자들 중 하나가 소자들 중 다른 하나 상에 적층되는 구조로 구현될 수 있다. 예를 들면, 비휘발성 기억 소자(100)는 하부 소자, 및 하부 소자 상에 적층되는 상부 소자를 포함하고, 하부 소자 및 상부 소자는 각각 상술된 바와 같이, 기판(110), 하부 전극층(120), 저항 변화층(130), 및 상부 전극층(140)을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 소자의 기판(110)이 하부 소자의 상부 전극층(140) 상에 장착됨에 따라, 상부 소자가 하부 소자 상에 적층될 수 있다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)가 제조될 수 있다. 이 때, 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)는 아가로즈 재료를 기반으로 구현되고, 이에 따라 비휘발성 기억 소자(100)가 생분해성을 획득할 수 있다. 예를 들면, 비휘발성 기억 소자(100)는 생분해성을 기반으로 물에 의해 빠르고 자연스럽게 분해될 수 있다. 여기서, 아가로즈 재료는, 한천(agar)과 같은 해조류로부터 추출되는 고분자를 나타낼 수 있다.
먼저, 210 단계에서, 아가로즈 재료를 포함하는 혼합 용액이 준비될 수 있다. 아가로즈 재료가 용매에 용해되어, 혼합 용액이 준비될 수 있다. 이 때, 아가로즈 재료가 용매 내에서, 대략 80 ℃의 온도에서 대략 24 시간 동안 용해되면서, 혼합될 수 있다. 예를 들면, 아가로즈 재료는 하기 [화학식 2]와 같이 표현될 수 있다. 예를 들면, 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 아이소프로필알코올, 아세톤, 또는 아세트 산 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에서, 아가로즈 재료가 혼합된 다음, 추가 부재가 용매에 더 혼합되어, 혼합 용액이 준비될 수 있다. 이 때, 추가 부재가 용매 내에서, 상온에서 대략 30 분 동안 분산되어, 혼합 용액이 준비될 수 있다. 여기서, 혼합 용액에 대해 추가 부재의 중량비는 대략 1wt%일 수 있다. 예를 들면, 추가 부재는 단일 금속 입자, 복합 금속 입자, 나노선(nanowire), 나노 카본 재료, 양자점 입자, 금속 산화물 입자, 금속 질화물 입자, 또는 고분자 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 단일 금속 입자, 복합 금속 입자, 양자점 입자, 금속 산화물 입자, 또는 금속 질화물 입자 중 적어도 하나의 지름은, 약 5 nm 이상이고 약 100 nm 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 추가 부재는 금 나노 입자(Au nano particle)을 포함할 수 있다.
다음으로, 220 단계에서, 혼합 용액을 이용하여, 기판(110) 상의 하부 전극층(120) 상에 저항 변화층(130)이 형성될 수 있다. 이 때, 하부 전극층(120)은 복수의 하부 전극(121)들을 포함할 수 있다. 그리고, 저항 변화층(130)은 아가로즈 재료를 포함할 수 있다. 이를 통해, 저항 변화층(130)은 아가로즈 재료를 기반으로 하는 나노복합체 활성층으로 지칭될 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 저항 변화층(130)은 추가 부재를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 기판(110) 상에 하부 전극층(120)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판(110)은 P-도핑된 실리콘, 폴리이미드, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 글리콜나 프탈레이트, 유리, 스테인리스 스틸, 또는 라이스 페이퍼 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 하부 전극(121)들은 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 열 증착(thermal evaporation) 기법, 스퍼터링(sputtering) 기법, 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 기법, 증발(thermal evaporation) 기법, 펄스 레이저(pulsed laser depostion; PLD) 기법, 전자빔 증발(electron beam evaporation) 기법, 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD) 기법, 또는 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 기법 중 적어도 하나를 통해, 기판(110) 상에 하부 전극층(120)이 형성될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 기판(110) 상에 하부 전극층(120)이 형성된 후에, 아세톤(Aceton), 메탄올(Methanol), 증류수 순으로 각 30 분씩 초음파 처리로 세정될 수 있다.
이어서, 하부 전극층(120) 상에 혼합 용액이 증착될 수 있다. 이 때, 하부 전극층(120) 상에 혼합 용액이 제공된 다음, 혼합 용액이 증착될 수 있다. 예를 들면, 스핀 코팅(Spin coating) 기법, 스프레이 코팅(Spray coating) 기법, 바 코팅(Bar coating) 기법, 침지 코팅(Dip-coating) 기법, 커튼 코팅(Curtain coating) 기법, 슬롯 코팅(Slot coating) 기법, 롤 코팅(Roll coating) 기법, 또는 그라비어 코팅(Gravure coating) 기법 중 적어도 하나를 통해, 하부 전극층(120) 상에 혼합 용액이 증착될 수 있다. 일 예로, 스핀 코팅 기법을 약 3000 rpm으로 약 60 초 동안 진행하여, 하부 전극층(120) 상에 혼합 용액이 증착될 수 있다.
계속해서, 하부 전극층(120) 상에서 혼합 용액의 용매 중 적어도 일부가 증발되고, 이를 통해 저항 변화층(130)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 약 120 ℃에서 약 60 분 동안 열처리를 진행하여, 용매가 증발될 수 있다. 이 때, 용매가 증발됨에 따라, 아가로즈 재료로 이루어지는 저항 변화층(130)이 남을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 용매가 증발됨에 따라, 아가로즈 재료 및 추가 부재를 포함하는 저항 변화층(130)이 남을 수 있다.
마지막으로, 230 단계에서, 저항 변화층(130) 상에 상부 전극층(140)이 형성될 수 있다. 이 때, 상부 전극층(140)은 복수의 상부 전극(141)들을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 하부 전극층(120)과 상부 전극층(140)은 크로스바 어레이 구조로 배치될 수 있다. 이 때, 비휘발성 기억 소자(100)를 상부에서 볼 때, 하부 전극(121)들과 상부 전극(141)들은 십자(+) 형태로 교차되도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 상부 전극(141)들은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 아연(Zn), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 또는 철(Fe) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 열 증착 기법, 스퍼터링 기법, 원자층 증착) 기법, 증발 기법, 펄스 레이저 기법, 전자빔 증발 기법, 물리적 기상 증착 기법, 또는 화학적 기상 증착 기법 중 적어도 하나를 통해, 저항 변화층(130) 상에 상부 전극(140)이 형성될 수 있다. 여기서, 상부 전극층(140)의 두께는 약 250 nm일 수 있다. 이 후, 연결 부재(150)를 통해, 하부 전극층(120)과 상부 전극층(140)이 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결 부재(150)는 금속 와이어를 포함할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 어떤 실시예들에서, 비휘발성 기억 소자(100)는 저장 용량의 증가를 위해, 연속적인 적층 구조로 제조될 수 있다. 즉, 비휘발성 기억 소자(100)는 복수의 소자들로 이루어지고, 소자들 중 하나가 소자들 중 다른 하나 상에 적층되는 구조로 구현될 수 있다. 예를 들면, 비휘발성 기억 소자(100)는 하부 소자, 및 하부 소자 상에 적층되는 상부 소자를 포함하고, 하부 소자 및 상부 소자는 각각 상술된 바와 같이, 기판(110), 하부 전극층(120), 저항 변화층(130), 및 상부 전극층(140)을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 소자의 기판(110)이 하부 소자의 상부 전극층(140) 상에 장착됨에 따라, 상부 소자가 하부 소자 상에 적층될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하부 소자 및 상부 소자가 각각 제조된 다음, 상부 소자가 하부 소자 상에 장착될 수 있다. 예를 들면, 상술된 바와 같이 제조된 구조체가 절단되어, 적어도 두 개의 소자들, 즉 하부 소자 및 상부 소자가 구분되고, 상부 소자가 하부 소자 상에 장착될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 하부 소자가 제조된 다음, 하부 소자 상에서 상부 소자가 제조될 수 있다.
도 3, 도 4, 및 도 5는 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)의 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)의 스위칭 특성을 나타낸다. 이 때, 도 3은 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)의 직류 전압에 대한 스위칭 특성을 나타낸다. 도 3에 따르면, 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)는 50 회의 반복 측정 동안 균일한 스위칭 특성을 나타낸다.
도 4는 다양한 실시예들 따른 비휘발성 기억 소자(100)의 저장 안정성 특성을 나타낸다. 도 4에 따르면, 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)는, 10,000 초 동안 저장된 정보가 사라지지 않는 비휘발성 특성을 나타낸다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)의 생분해성 실험 결과를 나타낸다. 다양한 실시예들에 따른 비휘발성 기억 소자(100)가 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 준비되었다. 이 때, 비휘발성 기억 소자(100)은 아가로즈 재료를 기반으로 하는 저항 변화층(130)(도 5에서, 검정색 부분을 나타냄)을 포함한다. 이러한 비휘발성 기억 소자(100)가 대략 25 ℃의 물 속에서 대략 2 분 동안 유지된 후에, 비휘발성 기억 소자(100)는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 변화되었다. 즉, 비휘발성 기억 소자(100)에서 저항 변화층(130)이 물 속에서 분해되었다. 이는, 저항 변화층(130)이 아가로즈 재료를 기반으로 하기 때문에, 가능하며, 저항 변화층(130)이 생분해성을 갖는다는 것을 나타낸다.
다양한 실시예들에 따르면, 비휘발성 기억 소자(100)는 아가로즈 재료를 기반으로 하는 나노복합체 활성층을 저항 변화층으로 이용함으로써, 우수한 동작 특성, 낮은 제작 비용 및 고밀도 집적화가 가능하다. 이 때, 저항 변화층이 아가로즈 재료를 기반으로 생분해성을 가지므로, 비휘발성 기억 소자(100)에 대한 안전한 폐기가 가능하다. 아울러, 비휘발성 기억 소자(100)에서 저항 변화층(130)이 분해됨에 따라, 기판(110)과 하부 전극(120) 및 상부 전극(140)이 분리되어, 재활용될 수도 있다. 따라서, 비휘발성 기억 소자(100)가 높은 정보 보안성을 가질 수 있을 뿐 아니라, 환경 친화적일 수 있다.
이러한 비휘발성 기억 소자(100)는 중대형 컴퓨터, 데스크 탑 컴퓨터, 스마트폰 및 탭 PC를 포함한 각종 디지털 장비의 기억장치에 기억소자로 적용이 가능하다. 나아가, 비휘발성 기억 소자(100)는 분해 가능한 전자 의료용 임플란트, 친환경 전자 제품, 환경 센서 및 친환경 일회용 소비자 장치에 이르는 환경 친화적인 애플리케이션 및 보안이 중요한 정보 분야에 적용이 가능할 것으로 기대된다.
다양한 실시예들에 따른 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자(100)는, 기판(110), 기판(110) 상에 배치되는 하부 전극층(120), 하부 전극층(130) 상에 배치되고, 아가로즈 재료를 포함하는 저항 변화층(130), 및 저항 변화층(130) 상에 배치되는 상부 전극층(140)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 아가로즈 재료는, 상기 [화학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 저항 변화층(130)은, 단일 금속 입자, 복합 금속 입자, 나노선, 나노 카본 재료, 양자점 입자, 금속 산화물 입자, 금속 질화물 입자, 또는 고분자 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 추가 부재를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 하부 전극층(120)은 복수의 하부 전극(121)들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상부 전극층(140)은 복수의 상부 전극(141)들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 하부 전극층(120) 및 상부 전극층(140)은, 상부에서 볼 때, 하부 전극(121)들과 상부 전극(141)들이 십자(+) 형태로 교차되도록 배열되는, 크로스바 어레이 구조로 배치될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자(100)의 제조 방법은, 아가로즈 재료를 포함하는 혼합 용액을 준비하는 단계(210 단계), 혼합 용액을 이용하여, 기판(110) 상에 배치되는 하부 전극층(120) 상에 저항 변화층(130)을 형성하는 단계(220 단계), 및 저항 변화층(130) 상에 상부 전극층(140)을 형성하는 단계(230 단계)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 아가로즈 재료는, 상기 [화학식 2]와 같이 표현될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 혼합 용액을 준비하는 단계(210 단계)는, 아가로즈 재료 및 용매를 혼합하여, 혼합 용액을 준비할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 용매는, 물, 메탄올, 에탄올, 아이소프로필알코올, 아세톤, 또는 아세트 산 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 혼합 용액을 준비하는 단계(210 단계)는, 아가로즈 재료와 함께, 추가 부재를 용매에 혼합하여, 혼합 용액을 준비할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 추가 부재는, 단일 금속 입자, 복합 금속 입자, 나노선, 나노 카본 재료, 양자점 입자, 금속 산화물 입자, 금속 질화물 입자, 또는 고분자 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 저항 변화층을 형성하는 단계(220 단계)는, 하부 전극층(120) 상에 혼합 용액을 증착하는 단계, 및 하부 전극층(120) 상에서 혼합 용액으로부터 용매 중 적어도 일부를 증발시켜, 저항 변화층(130)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 혼합 용액을 증착하는 단계는, 스핀 코팅 기법, 스프레이 코팅 기법, 바 코팅 기법, 침지 코팅 기법, 커튼 코팅 기법, 슬롯 코팅 기법, 롤 코팅 기법, 또는 그라비어 코팅 기법 중 적어도 하나를 통해, 수행될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 하부 전극층(120)은 복수의 하부 전극(121)들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상부 전극층(140)은 복수의 상부 전극(141)들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 하부 전극층(120) 및 상부 전극층(140)은, 상부에서 볼 때, 하부 전극(121)들과 상부 전극(141)들이 십자(+) 형태로 교차되도록 배열되는, 크로스바 어레이 구조로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제조 방법은, 상부 전극층(140) 상에 다른 기판(110)을 적층하는 단계, 혼합 용액을 이용하여, 다른 기판(110) 상에 배치되는 다른 하부 전극층(120) 상에 다른 저항 변화층(130)을 형성하는 단계, 및 다른 저항 변화층(130) 상에 다른 상부 전극층(140)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제조 방법은, 기판(110), 하부 전극층(120), 저항 변화층(130), 및 상부 전극층(140)을 절단하여, 적어도 두 개의 소자들로 구분하는 단계, 및 소자들 중 하나를 소자들 중 다른 하나 상에 장착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성 요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성 요소가 다른(예: 제 2) 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성 요소(예: 제 3 구성 요소)를 통하여 연결될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성 요소들의 각각의 구성 요소는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성 요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성 요소들은 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성 요소는 복수의 구성 요소들 각각의 구성 요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성 요소들 중 해당 구성 요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다.
Claims (14)
- 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자에 있어서,
기판;
상기 기판 상에 배치되는 하부 전극층;
상기 하부 전극층 상에 배치되고, 아가로즈(agarose) 재료를 포함하는 저항 변화층; 및
상기 저항 변화층 상에 배치되는 상부 전극층
을 포함하는,
비휘발성 기억 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 아가로즈 재료는,
하기 화학식과 같이 표현되는,
비휘발성 기억 소자.
[화학식]
- 제 1 항에 있어서,
상기 저항 변화층은,
단일 금속 입자, 복합 금속 입자, 나노선(nanowire), 나노 카본 재료, 양자점 입자, 금속 산화물 입자, 금속 질화물 입자, 또는 고분자 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 추가 부재를 더 포함하는,
비휘발성 기억 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 하부 전극층은 복수의 하부 전극들을 포함하고,
상기 상부 전극층은 복수의 상부 전극들을 포함하며,
상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층은,
상부에서 볼 때, 상기 하부 전극들과 상기 상부 전극들이 십자(+) 형태로 교차되도록 배열되는, 크로스바 어레이(cross-bar array) 구조로 배치되는,
비휘발성 기억 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 상부 전극층 상에 적층되는 다른 기판;
상기 다른 기판 상에 배치되는 다른 하부 전극층;
상기 다른 하부 전극층 상에 배치되고, 아가로즈 재료를 포함하는 다른 저항 변화층; 및
상기 다른 저항 변화층 상에 배치되는 다른 상부 전극층
을 더 포함하는,
비휘발성 기억 소자.
- 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자의 제조 방법에 있어서,
아가로즈 재료를 포함하는 혼합 용액을 준비하는 단계;
상기 혼합 용액을 이용하여, 기판 상에 배치되는 하부 전극층 상에 저항 변화층을 형성하는 단계; 및
상기 저항 변화층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계
를 포함하는,
제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 아가로즈 재료는,
하기 화학식과 같이 표현되는,
제조 방법.
[화학식]
- 제 6 항에 있어서,
상기 혼합 용액을 준비하는 단계는,
상기 아가로즈 재료 및 용매를 혼합하여, 상기 혼합 용액을 준비하고,
상기 용매는,
물, 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 아이소프로필알코올(Isopropyl alcohol), 아세톤(Aceton), 또는 아세트 산(Acetic acid) 중 적어도 하나를 포함하는,
제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 혼합 용액을 준비하는 단계는,
상기 아가로즈 재료와 함께, 추가 부재를 상기 용매에 혼합하여, 상기 혼합 용액을 준비하고,
상기 추가 부재는,
단일 금속 입자, 복합 금속 입자, 나노선, 나노 카본 재료, 양자점 입자, 금속 산화물 입자, 금속 질화물 입자, 또는 고분자 화합물 중 적어도 하나를 포함하는,
제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 저항 변화층을 형성하는 단계는,
상기 하부 전극층 상에 상기 혼합 용액을 증착하는 단계; 및
상기 하부 전극층 상에서 상기 혼합 용액으로부터 상기 용매 중 적어도 일부를 증발시켜, 상기 저항 변화층을 형성하는 단계
를 포함하는,
제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 혼합 용액을 증착하는 단계는,
스핀 코팅(Spin coating) 기법, 스프레이 코팅(Spray coating) 기법, 바 코팅(Bar coating) 기법, 침지 코팅(Dip-coating) 기법, 커튼 코팅(Curtain coating) 기법, 슬롯 코팅(Slot coating) 기법, 롤 코팅(Roll coating) 기법, 또는 그라비어 코팅(Gravure coating) 기법 중 적어도 하나를 통해, 수행되는,
제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 하부 전극층은 복수의 하부 전극들을 포함하고,
상기 상부 전극층은 복수의 상부 전극들을 포함하며,
상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층은,
상부에서 볼 때, 상기 하부 전극들과 상기 상부 전극들이 십자(+) 형태로 교차되도록 배열되는, 크로스바 어레이 구조로 배치되는,
제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 상부 전극층 상에 다른 기판을 적층하는 단계;
상기 혼합 용액을 이용하여, 상기 다른 기판 상에 배치되는 다른 하부 전극층 상에 다른 저항 변화층을 형성하는 단계; 및
상기 다른 저항 변화층 상에 다른 상부 전극층을 형성하는 단계
를 더 포함하는,
제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 기판, 상기 하부 전극층, 상기 저항 변화층, 및 상기 상부 전극층을 절단하여, 적어도 두 개의 소자들로 구분하는 단계; 및
상기 소자들 중 하나를 상기 소자들 중 다른 하나 상에 장착하는 단계
를 더 포함하는,
제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210043277A KR102575691B1 (ko) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자 및 그의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210043277A KR102575691B1 (ko) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자 및 그의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220137340A true KR20220137340A (ko) | 2022-10-12 |
| KR102575691B1 KR102575691B1 (ko) | 2023-09-06 |
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| KR1020210043277A KR102575691B1 (ko) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 친환경 나노복합체 기반 비휘발성 기억 소자 및 그의 제조 방법 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR102575691B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130022972A (ko) * | 2011-08-26 | 2013-03-07 | 한양대학교 산학협력단 | 비휘발성 유기 메모리 소자 및 그 제조방법 |
| JP2013197461A (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置 |
| KR20150071347A (ko) * | 2013-12-18 | 2015-06-26 | 한국과학기술원 | 생체 분자 패턴의 제조방법 |
| KR20200057330A (ko) * | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 연세대학교 산학협력단 | 친환경 바이오 재료를 활용한 저항 스위칭 메모리 및 그 제조방법 |
-
2021
- 2021-04-02 KR KR1020210043277A patent/KR102575691B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| KR20150071347A (ko) * | 2013-12-18 | 2015-06-26 | 한국과학기술원 | 생체 분자 패턴의 제조방법 |
| KR20200057330A (ko) * | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 연세대학교 산학협력단 | 친환경 바이오 재료를 활용한 저항 스위칭 메모리 및 그 제조방법 |
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|---|---|
| KR102575691B1 (ko) | 2023-09-06 |
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