WO2009154386A2 - 고분자 박막 안에 포함된 나노입자를 이용한 ｗｏｒｍ 기억소자 - Google Patents

고분자 박막 안에 포함된 나노입자를 이용한 ｗｏｒｍ 기억소자 Download PDF

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WO2009154386A2
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함정훈
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    • H—ELECTRICITY
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic element specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, covered by group H10K10/00
    • H10K19/202—Integrated devices comprising a common active layer

Definitions

  • the present invention relates to an information storage device, and more particularly to a WORM memory device.
  • a write once read many times (WORM) memory device is a semi-permanent memory device that can be written only once at a time, and can only be read thereafter and cannot erase information.
  • WORM memory elements include a programmable ROM (PROM) that does not require information change, and an optical disc such as a CD or a DVD used for permanent storage of information.
  • WORM memory devices cannot change or erase information like hard disks and flash memory devices, but have the advantage of providing a large storage space at a low price.
  • since information written once in a WORM memory device is generally impossible to be erased electrically or optically, it is advantageous to store information for a longer time compared to a hard disk or a flash memory device when exposed to an external environment.
  • WORM memory devices having various structures are recordable optical discs, which are disc-shaped storage media.
  • Optical discs use chemicals whose molecular structure is changed by strong light such as lasers.
  • Optical disks have the advantage of providing the highest storage capacity at the same price as other WORM memory devices, but they are much larger than integrated circuit-type WORM memory devices, and the side where information is recorded is exposed to the external environment to protect against light and heat. There is a disadvantage that the recording life is reduced. Therefore, the research on the WORM memory device of the integrated circuit type which has a strong immunity to the external environment is actively in progress.
  • WORM memory devices in the form of integrated circuits using organic materials are under study.
  • WORM memory devices in the form of integrated circuits using organic materials are divided into those having a structure similar to that of a conventional PROM and having a structure similar to that of an organic bistable memory device.
  • the structure having a structure similar to that of a PROM utilizes an organic material as a fuse between the wiring and the wiring, and flows a high current to break the coupling structure of the organic material molecule to store information.
  • this type of WORM memory device has no structural difference compared to the conventional PROM using a metal fuse, and it is difficult to say that it has made progress compared to the conventional PROM in that the stability of organic matter is generally not as good as that of metal.
  • a form having a structure similar to that of an organic bistable memory device uses an organic molecule as a charge trapping material, and stores information by using a change in conductivity through capture of electrons injected from the outside.
  • the operation of this type of WORM memory device is basically the same as the operation of the organic bistable memory device, but it is possible to manufacture a very high density simply by utilizing the fact that the memory state does not change after applying a specific write voltage. There is an advantage.
  • the operation of the device is based on the change in conductivity through the trapping of electrons in the organic molecules, there is a problem that the memory state of the device to be semipermanent may be changed by deterioration of the characteristics of the organic material itself according to the external environment.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a WORM memory device using an organic material in the form of an integrated circuit that has a strong resistance to external environments such as heat and light, and can store information for a long time.
  • the WORM memory device comprises a substrate; A lower electrode formed on the substrate and made of a conductive material; A memory layer formed on the lower electrode and having nanoparticles dispersed in a polymer material; And an upper electrode formed on the memory layer and made of a conductive material.
  • the WORM memory device according to the present invention uses chemically stable insulating polymer and inorganic nanoparticles, the WORM memory device has much stronger resistance to external environment such as heat and light than the conventional WORM memory device using organic materials.
  • the electrons are trapped in the inorganic nanoparticles rather than the organic material in the WORM memory device, it is possible to minimize the reduction of the memory time caused by the deterioration of the organic properties. And it does not need to flow high current like PROM during write operation, which can reduce power consumption.
  • WORM memory device according to the present invention can be manufactured by a simple process such as spin coating, it is possible to reduce the cost of manufacturing the device.
  • FIG. 1 is a projection view showing a schematic configuration of a preferred embodiment of a WORM memory device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view showing a schematic structure of nanoparticles used in the WORM memory device according to the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing memory characteristics of the WORM memory device according to the present invention.
  • FIG. 1 is a projection view showing a schematic configuration of a preferred embodiment of a WORM memory device according to the present invention
  • FIG. 2 is a II-II cross-sectional view of FIG.
  • the WORM memory device 100 includes a substrate 110, a lower electrode 120, a memory layer 130, an upper electrode 140, and a protective layer 150. do.
  • the substrate 110 is made of an insulating inorganic material or an insulating organic material.
  • the insulating inorganic material at least one of Si, GaAs, InP, Al 2 O 3 , SiC, glass, and quartz may be used.
  • the insulating organic material may be at least one of polyethylene terephtalate (PET), poly styrene (PS), poly imide (PI), poly vinyl chloride (PVC), poly vinyl pyrrolidone (PVP), and polyethylene (PE). have.
  • the lower electrode 120 is formed in a shape extending in one direction on the substrate 110 and is made of a conductive material.
  • a conductive material As the conductive material constituting the lower electrode 120, Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Tl, Zr, Hf, Cd, Pd, and a combination thereof may be used.
  • the lower electrode 120 may be formed by a method such as thermal evaporation. Since the method of forming the conductive material by a method such as thermal deposition is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.
  • the memory layer 130 is formed on the lower electrode 120.
  • the memory layer 130 is formed of the polymer material 131 and the nanoparticles 132, the nanoparticles 132 are dispersed in the polymer material 131.
  • the memory layer 130 may be easily formed by using a mixed solution of the polymer material 131 and the nanoparticles 132 by a simple method such as a spin coating method.
  • the polymer material 131 poly methyl methacrylate (PMMA) may be used.
  • the nanoparticle 132 is made of an inorganic material, and the structure of the nanoparticle 132 is shown in FIG. 3. As illustrated in FIG. 3, the nanoparticles 132 may have a core 133 -shell 134 structure.
  • the core 133 may be made of CdSe, InP, InGaAs, PbTe, and a combination thereof, and the cell 134 may be made of ZnTe, ZnS, ZnSe, CdSe, GaAs, PbS, and a combination thereof.
  • the core 133 is made of InP
  • the cell 134 is made of ZnS.
  • the upper electrode 140 is formed in a shape extending in a direction perpendicular to the direction in which the lower electrode 120 is formed on the memory layer 130 and is made of a conductive material.
  • the lower electrode 120 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Tl, Zr, Hf, Cd, Pd, and a combination thereof may be used as the conductive material constituting the upper electrode 140.
  • the upper electrode 140 may be formed of the same material as the lower electrode 120 in the same manner.
  • the protective layer 150 is to protect the memory layer 130 from an external contaminant, and is formed on the upper electrode 140 to cover the upper electrode 140 and the memory layer 130 together, and is made of a polymer material.
  • the polymer material used may be polyimide (PI).
  • the WORM memory device 100 records information by capturing electrons injected through the upper electrode 140 and the lower electrode 120 to the nanoparticles 132. Since the nanoparticles 132 are surrounded by the polymer material 131, it is not easy for electrons trapped in the nanoparticles 132 to be emitted to the outside. When the nanoparticles 132 have a core 133-cell 134 structure as shown in FIG. 3, electrons are trapped in the core 133. When electrons are trapped in the core 133, the captured electrons are more difficult to be emitted by the cells 134 constituting the outside. In other words, since the electrons once captured are not easily emitted to the outside, the recording state can be stored for a long time.
  • the method of trapping electrons in the nanoparticles 132 is performed by applying a write voltage using the upper electrode 140 and the lower electrode 120. That is, information can be recorded only by applying one write voltage, and the information recorded once is stored for a long time.
  • the WORM memory device 100 according to the present invention can be manufactured using only a simple process such as thermal deposition and spin coating, so that mass production can be performed at low cost. As a result, the WORM memory device 100 according to the present invention has an advantage of providing a large amount of storage space at low cost and preserving the information once recorded for a long time.
  • an impurity-doped intrinsic silicon (Si) substrate 110 was exposed to a trichlorethylene (TCE) solution to remove impurities on the surface of the substrate 110. Thereafter, after washing the substrate 110 with deionized water, the substrate 110 was exposed to a solution of 1: 1 mixed with distilled water and hydrofluoric acid (HF) for 5 minutes to remove the naturally formed oxide film.
  • the lower electrode 120 was formed by depositing 300 nm of Al through thermal deposition on the substrate 110. As shown in FIG. 1, the Al lower electrodes 120 are formed such that the plate-like shape extending in one direction is arranged at regular intervals.
  • 0.2 g of PMMA was dissolved in 9 g of THF (tetrahydrofuran) as a solvent.
  • THF tetrahydrofuran
  • the PMMA was dissolved in THF dissolved in PMMA for 30 minutes using an ultrasonic stirrer to evenly dissolve PMMA.
  • the viscosity of the solution formed is changed, and the thickness of the memory layer formed is controlled through this.
  • 0.05 g of InP / ZnS nanoparticles 132 having a core 133-cell 134 structure as shown in FIG. 4 was dissolved in 1 g of chloroform as a solvent. Chloroform in which InP / ZnS nanoparticles 132 were dissolved was stirred for 5 minutes using an ultrasonic stirrer.
  • the memory solution 130 was formed by applying the mixed solution formed through the process by using a spin coating method on the substrate 110 on which the Al lower electrode 120 is formed. In order to form a memory layer 130 having a uniform thickness, spin coating was performed while rotating at a speed of 500 rpm for the first 5 seconds, and spin coating while rotating at a speed of 3000 rpm for the next 30 seconds. It is possible to control the thickness of the memory layer 130 formed by adjusting the rotation speed and rotation time during spin coating. And the solvent was removed by heating for 30 minutes on a 60 degreeC hotplate.
  • an upper electrode 140 is formed on the memory layer 130.
  • the upper electrode 140 was the same as the method of forming the Al lower electrode 120 described above. However, the upper electrode 140 is formed to form an angle of 90 ° with the lower electrode 120.
  • a polyimide (PI) protective layer 150 was formed on the upper electrode 140 to protect the device from external contamination.
  • PI polyimide
  • FIG. 4 A graph evaluating the characteristics of the WORM memory device 100 manufactured by the above method is shown in FIG. 4.
  • the current-voltage characteristic of the initial state of the WORM memory device 100 manufactured by the above method is shown in a graph indicated by reference numeral 410.
  • the initial state of the WORM memory device 100 shows a low conductivity in which a current of 1 ⁇ A or less flows within a voltage range of -3 to 3V.
  • the case where the conductivity of the WORM memory device 100 is low is defined as a state "0".
  • the current-voltage characteristic of the WORM memory device 100 after the write operation is completed in the state " 1 " is shown in the graph indicated by reference numeral 430.
  • FIG. As shown in the graph indicated by reference numeral 430, in the (-) voltage region, the amount of current decreased by 1/10 compared to immediately after applying the write voltage, but in the (+) voltage region, It can be seen that there is little change. Therefore, when the read voltage of the device is used in the positive voltage region, the WORM memory device 100 according to the present invention has a very long memory capacity.

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Abstract

고분자 박막 안에 포함된 나노입자를 이용한 WORM 기억소자가 개시된다. 본 발명에 따른 WORM 기억소자는 기판과, 기판 상에 형성되고 전도성 물질로 이루어진 하부전극을 구비한다. 그리고 하부전극 상에 형성되고 고분자 물질 내에 나노입자가 분산되어 있는 메모리층과, 메모리층 상에 형성되고, 전도성 물질로 이루어진 상부전극을 구비한다. 본 발명에 따른 WORM 기억소자는 화학적으로 안정된 절연성 고분자와 무기물 나노입자를 이용하므로, 유기물을 이용한 WORM 기억소자에 비해 열과 빛 등의 외부 환경에 월등히 강한 내성을 가지고, 유기물 특성 저하에서 발생하는 기억 시간의 감소 현상을 최대한 억제할 수 있다.

Description

고분자 박막 안에 포함된 나노입자를 이용한 ＷＯＲＭ 기억소자
본 발명은 정보저장장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 WORM 기억소자에 관한 것이다.
WORM(write once read many times) 기억소자는 초기에 한 번만 기록이 가능하고, 그 이후로는 판독만 가능하며 정보의 소거가 불가능한 반영구적인 기억소자이다. 이러한 WORM 기억소자에는 정보의 변경이 필요 없는 PROM(programmable ROM), 정보의 영구 보존용으로 사용되는 CD 또는 DVD와 같은 광디스크가 있다. WORM 기억소자는 하드디스크 및 플래시 기억소자와 같이 정보의 변경 및 소거는 할 수 없으나, 저렴한 가격으로 대용량의 저장 공간을 제공한다는 장점이 있다. 또한, WORM 기억소자에 한번 기록된 정보는 일반적으로 전기적 또는 광학적으로 소거가 불가능하기 때문에, 외부 환경에 노출되어 경우에는 하드디스크나 플래시 기억소자에 비해 오랜 시간 동안 정보를 저장하기에 유리하다.
현재 다양한 구조의 WORM 기억소자 중 널리 사용되고 있는 것은 원판 형태의 저장매체인 기록 가능한 광디스크이다. 광디스크는 레이저와 같은 강한 빛에 의해 분자 구조가 변화되는 화학물질을 사용하는 방식이다. 광디스크는 다른 WORM 기억소자보다 동일한 가격에서 가장 높은 저장 용량을 얻을 수 있다는 장점이 있으나, 집적 회로형 WORM 기억소자에 비해 크기가 훨씬 크며, 정보가 기록되는 면이 외부 환경에 노출되어 있어 빛과 열에 의해 기록 수명이 저하된다는 단점이 있다. 따라서 외부 환경에 강한 내성을 가지는 집적 회로 형태의 WORM 기억소자에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히 유기물을 이용하는 집적 회로 형태의 WORM 기억소자가 연구 중에 있다.
유기물을 이용하는 집적 회로 형태의 WORM 기억 소자는 기존의 PROM과 유사한 구조를 갖는 것과 유기 쌍안정성 기억소자와 유사한 구조를 갖는 것으로 나누어진다. PROM과 유사한 구조를 갖는 형태는 유기물을 배선과 배선 사이의 퓨즈로서 활용하는 것으로서, 높은 전류를 흘려 유기물 분자의 결합 구조를 끊어지게 하여 정보를 저장한다. 그러나 이러한 형태의 WORM 기억소자는 금속 퓨즈를 사용한 기존의 PROM과 비교할 때 구조적으로 별다른 차이점이 없으며, 유기물의 안정성이 금속에 비해 일반적으로 좋지 않다는 점에서 기존의 PROM에 비해 발전을 이루었다고 보기 어렵다.
유기 쌍안정성 기억소자와 유사한 구조를 갖는 형태는 유기물 분자를 전하포획물질로 이용하는 것으로서, 외부에서 주입되는 전자의 포획을 통한 전도도의 변화를 이용하여 정보를 저장한다. 이러한 형태의 WORM 기억소자의 동작은 근본적으로 유기 쌍안정성 기억소자의 동작과 같으며, 다만 특정 쓰기 전압을 인가한 후에는 전기적으로 기억 상태가 변하지 않는 것을 활용한 것으로서 매우 간단하게 고밀도로 제작할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 소자의 동작이 유기물 분자 내에 전자의 포획을 통한 전도도의 변화를 바탕으로 하고 있으므로, 외부 환경에 따른 유기물 자체의 특성 저하에 의해 반영구적이어야 할 소자의 기억 상태가 달라질 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 열과 빛 등의 외부 환경에 강한 내성을 가지고, 장시간 정보 저장이 가능한 집적 회로 형태의 유기물이 이용된 WORM 기억소자를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 WORM 기억소자는 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 전도성 물질로 이루어진 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성되고, 고분자 물질 내에 나노입자가 분산되어 있는 메모리층; 및 상기 메모리층 상에 형성되고, 전도성 물질로 이루어진 상부전극;을 구비한다.
본 발명에 따른 WORM 기억소자는 화학적으로 안정된 절연성 고분자와 무기물 나노입자를 이용하므로, 종래의 유기물을 이용한 WORM 기억소자에 비해 열과 빛 등의 외부 환경에 월등히 강한 내성을 가진다. 또한, WORM 기억소자 내에 전자를 유기물이 아닌 무기물 나노입자에 포획하므로, 유기물 특성 저하에서 발생하는 기억 시간의 감소 현상을 최대한 억제할 수 있다. 그리고 쓰기 동작시에 PROM과 같이 높은 전류를 흘려주어야 할 필요가 없어 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따른 WORM 기억소자는 스핀코팅 등과 같은 간단한 공정으로 제작할 수 있어, 소자 제작시 소용되는 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 WORM 기억소자에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 투영도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 WORM 기억소자에 이용되는 나노입자의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 WORM 기억소자의 기억 특성을 나타내는 그래프이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 비휘발성 유기 쌍안정성 기억소자 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 WORM 기억소자에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 투영도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 WORM 기억소자(100)는 기판(110), 하부전극(120), 메모리층(130), 상부전극(140) 및 보호층(150)을 구비한다.
기판(110)은 절연성 무기물 또는 절연성 유기물로 이루어진다. 절연성 무기물은 Si, GaAs, InP, Al2O3, SiC, 유리 및 석영(quartz) 중 적어도 어느 하나가 이용될 수 있다. 그리고 절연성 유기물은 PET(poly ethylene terephtalate), PS(poly styrene), PI(poly imide), PVC(poly vinyl chloride), PVP(poly vinyl pyrrolidone) 및 PE(poly ethylene) 중 적어도 어느 하나가 이용될 수 있다.
하부전극(120)은 기판(110) 상에 일 방향으로 길게 뻗은 형상으로 형성되며, 전도성 물질로 이루어진다. 하부전극(120)을 구성하는 전도성 물질은 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Tl, Zr, Hf, Cd, Pd 및 이들의 조합이 이용될 수 있다. 하부전극(120)은 열증착(thermal evaporation)과 같은 방법으로 형성될 수 있다. 열증착과 같은 방법으로 전도성 물질을 형성하는 방법은 이미 공지되어 있는 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
메모리층(130)은 하부전극(120) 상에 형성된다. 메모리층(130)은 고분자 물질(131)과 나노입자(132)로 이루어지면, 고분자 물질(131) 내에 나노입자(132)가 분산되어 있는 형태이다. 메모리층(130)은 고분자 물질(131)과 나노입자(132)의 혼합 용액을 이용하여 스핀 코팅(spin coating)법과 같은 간단한 방법으로 손쉽게 형성할 수 있다.
고분자 물질(131)은 PMMA(poly methyl methacrylate)가 이용될 수 있다. 나노입자(132)는 무기물 물질로 이루어지는데, 나노입자(132)의 구조를 도 3에 나타내었다. 나노입자(132)는 도 3에 도시된 바와 같이, 코어(core)(133)-셀(shell)(134) 구조로 되어 있을 수 있다. 코어(133)는 CdSe, InP, InGaAs, PbTe 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있고, 셀(134)은 ZnTe, ZnS, ZnSe, CdSe, GaAs, PbS 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 코어(133)는 InP로 이루어지고, 셀(134)은 ZnS로 이루어진다.
상부전극(140)은 메모리층(130) 상에 하부전극(120)의 형성방향과 직교하는 방향으로 길게 뻗은 형상으로 형성되며, 전도성 물질로 이루어진다. 상부전극(140)을 구성하는 전도성 물질은 하부전극(120)과 마찬가지로 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Tl, Zr, Hf, Cd, Pd 및 이들의 조합이 이용될 수 있다. 공정의 편의상 상부전극(140)은 하부전극(120)과 동일한 물질을 동일한 방법으로 형성시킬 수 있다.
보호층(150)은 외부 오염원으로부터 메모리층(130)을 보호하기 위한 것으로서, 상부전극(140)과 메모리층(130)이 함께 덮이도록 상부전극(140) 상에 형성되며, 고분자 물질로 이루어진다. 이때 이용되는 고분자 물질은 PI(poly imide)일 수 있다.
본 발명에 따른 WORM 기억소자(100)는 상부전극(140) 및 하부전극(120)을 통해 주입된 전자를 나노입자(132)에 포획시킴으로써 정보를 기록한다. 나노입자(132)는 고분자 물질(131)에 둘러싸여 있으므로 나노입자(132)에 포획된 전자가 외부로 방출되는 것은 용이치 않다. 그리고 나노입자(132)가 도 3에 도시된 바와 같이 코어(133)-셀(134) 구조를 가지는 경우에는 코어(133)에 전자가 포획된다. 코어(133)에 전자가 포획되면, 포획된 전자는 외부를 구성하고 있는 셀(134)에 의해 방출이 더욱 어렵게 된다. 즉 한번 포획된 전자는 외부로 방출되는 것이 용이치 않으므로, 기록 상태의 장시간 보존이 가능하게 된다.
나노입자(132)에 전자를 포획시키는 방법은 상부전극(140)과 하부전극(120)을 이용하여 쓰기 전압을 인가함으로써 이루어진다. 즉 한 번의 쓰기 전압 인가만으로 정보를 기록할 수 있으며, 한번 기록된 정보는 장기간 보존된다. 또한, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 WORM 기억소자(100)는 열증착과 스핀 코팅법과 같이 간단한 공정만을 이용하여 제작하는 것이 가능하므로, 저렴한 비용으로 대량생산할 수 있다. 결국 본 발명에 따른 WORM 기억소자(100)는 대용량의 저장공간을 저가로 제공하면서, 한 번 기록된 정보를 장기간 보존할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본원발명에 따른 WORM 기억소자를 제조하기 위한 바람직한 일 실시예를 서술하고, 실시예의 방법을 통해 제조된 WORM 기억소자의 특성을 평가한다.
(실시예)
우선, 불순물이 도핑되지 않은 진성 실리콘(Si) 기판(110)을 TCE(trichloroethylene) 용액에 노출시켜 기판(110) 표면의 불순물을 제거하였다. 그 후 탈이온수(deionized water)로 기판(110)을 세척한 후, 기판(110)을 증류수와 불산(HF)을 1:1로 섞은 용액에 5분간 노출시켜 자연적으로 형성된 산화막을 제거하였다. 그리고 기판(110) 상에 열증착을 통해 300nm의 Al을 증착하여 하부전극(120)을 형성하였다. Al 하부전극(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 일 방향으로 길게 뻗은 판상의 형상이 일정한 간격으로 배치되도록 형성하였다.
다음으로, PMMA 0.2 g을 용매인 THF(tetrahydrofuran) 9 g에 용해시켰다. 그리고 초음파 교반기를 사용하여 PMMA가 용해된 THF를 30분 동안 교반하여 PMMA를 고르게 용해시켰다. 고분자 물질과 용매의 혼합비를 조절하면 형성되는 용액의 점성이 변화하고, 이를 통해 형성되는 메모리층의 두께가 조절된다. 그리고 도 4에 도시된 바와 같은 코어(133)-셀(134) 구조를 갖는 InP/ZnS 나노입자(132) 0.05 g을 용매인 클로로포름(chloroform) 1 g에 용해시켰다. InP/ZnS 나노입자(132)가 용해된 클로로포름을 초음파 교반기를 사용하여 5분 동안 교반하였다.
다음으로 PMMA가 용해된 THF 용액과 InP/ZnS 나노입자(132)가 용해된 클로로포름 용액을 1:1로 섞고, 섞여진 용액을 초음파 교반기를 사용하여 5분 동안 고르게 섞어주었다. 이러한 과정을 통해 형성된 혼합용액을 상기 Al 하부전극(120)이 형성되어 있는 기판(110) 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하여 메모리층(130)을 형성하였다. 두께가 균일한 메모리층(130)을 형성하기 위하여 처음 5초 동안은 500 rpm의 속도로 회전시키면서 스핀 코팅을 수행하고, 다음 30초 동안은 3000rpm의 속도로 회전시키면서 스핀 코팅을 수행하였다. 스핀 코팅시 회전수와 회전 시간을 조절하여 형성되는 메모리층(130)의 두께를 조절하는 것이 가능하다. 그리고 60℃의 핫플레이트에서 30분간 가열하여 용매를 제거하였다.
다음으로 메모리층(130) 상에 상부전극(140)을 형성하였다. 상부전극(140)은 상술한 Al 하부전극(120)을 형성하는 방법과 동일한 방법으로 하였다. 다만 상부전극(140)이 하부전극(120)과 90°의 각도를 이루도록 형성하였다.
그리고 외부 오염원으로부터 소자를 보호하기 위해 PI(poly imide) 보호층(150)을 상부전극(140) 상에 형성하였다. 마지막으로 외부 구동 회로를 상부전극(140)과 하부전극(120)에 연결하여 WORM 기억소자(100)를 완성하였다.
상기의 방법으로 제조된 WORM 기억소자(100)의 특성을 평가한 그래프를 도 4에 나타내었다.
상기의 방법으로 제조된 WORM 기억소자(100)의 초기 상태의 전류-전압 특성을 참조번호 410으로 표시된 그래프에 나타내었다. 참조번호 410으로 표시된 그래프에 도시된 바와 같이, WORM 기억소자(100)의 초기 상태는 -3 ~ 3V의 전압 범위 안에서는 1 μA이하의 전류가 흐르는 낮은 전도도를 보인다. 이와 같이 WORM 기억소자(100)의 전도도가 낮은 경우를 상태 "0"이라 정의한다.
초기 상태의 WORM 기억소자(100)에 3V 이상의 쓰기 전압을 인가한 후, 전류-전압 특성을 참조번호 420으로 표시된 그래프에 나타내었다. 참조번호 420으로 표시된 그래프에 도시된 바와 같이, 쓰기 전압이 인가된 WORM 기억소자(100)의 전도도는 급격히 상승한다. 1V 이하의 낮은 전압 영역을 제외하고는 전류가 1 μA 이상 흐르게 되며, 이와 같이 WORM 기억소자(100)의 전도도가 높은 경우를 상태 "1"로 정의한다. 쓰기 동작이 완료된 WORM 기억소자(100)는 그 후에 인가되는 전압의 크기와는 무관하게 상태가 반영구적으로 "1"로 유지되며 결코 "0"으로 환원되지 않는다. 즉 본 발명에 따른 WORM 기억소자(100)는 WORM 특성을 보임을 알 수 있다.
그리고 상태 "1"로 쓰기 동작이 완료된 WORM 기억소자(100)의 4달 이후의 전류-전압 특성을 참조번호 430으로 표시된 그래프에 나타내었다. 참조번호 430으로 표시된 그래프에 도시된 바와 같이, (-) 전압 영역에서는 쓰기 전압을 인가한 직후에 비해 전류의 양이 1/10로 감소하였으나, (+) 전압 영역에서는 쓰기 전압을 인가한 직후와 변화가 거의 없음을 알 수 있다. 따라서 소자의 읽기 전압을 (+) 전압 영역에 설정하여 사용할 경우 본 발명에 따른 WORM 기억소자(100)는 매우 장시간의 기억 능력을 가짐을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되고, 전도성 물질로 이루어진 하부전극;
    상기 하부전극 상에 형성되고, 고분자 물질 내에 나노입자가 분산되어 있는 메모리층; 및
    상기 메모리층 상에 형성되고, 전도성 물질로 이루어진 상부전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 WORM 기억소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부전극은 일 방향으로 길게 뻗은 형상으로 형성되고,
    상기 상부전극은 상기 하부전극의 형성방향과 직교하는 방향으로 길게 뻗은 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 WORM 기억소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 PMMA(poly methyl methacrylate)인 것을 특징으로 하는 WORM 기억소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자는 코어(core)-셀(shell) 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 WORM 기억소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코어는 CdSe, InP, InGaAs 및 PbTe 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지고, 상기 셀은 ZnTe, ZnS, ZnSe, CdSe, GaAs 및 PbS 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 WORM 기억소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부전극 및 상부전극은 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Tl, Zr, Hf, Cd 및 Pd 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 WORM 기억소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 절연성 무기물 또는 절연성 유기물로 이루어지고,
    상기 절연성 무기물은 Si, GaAs, InP, Al2O3, SiC, 유리 및 석영(quartz) 중 적어도 어느 하나이며,
    상기 절연성 유기물은 PET(poly ethylene terephtalate), PS(poly styrene), PI(poly imide), PVC(poly vinyl chloride), PVP(poly vinyl pyrrolidone) 및 PE(poly ethylene) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 WORM 기억소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극 및 상기 메모리층이 함께 덮이도록 상기 상부전극 상에 형성되고, 고분자 물질로 이루어진 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 WORM 기억소자.
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