WO2015163603A1 - Electronic device capable of being reconfigured, and method of operating same - Google Patents

Electronic device capable of being reconfigured, and method of operating same Download PDF

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WO2015163603A1
WO2015163603A1 PCT/KR2015/003420 KR2015003420W WO2015163603A1 WO 2015163603 A1 WO2015163603 A1 WO 2015163603A1 KR 2015003420 W KR2015003420 W KR 2015003420W WO 2015163603 A1 WO2015163603 A1 WO 2015163603A1
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WO
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electrode
electronic device
reconfigurable
electrodes
gate insulating
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Application number
PCT/KR2015/003420
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
이종호
진성훈
Original Assignee
서울대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

Definitions

  • the present invention relates to a reconfigurable electronic device, and more particularly, to implement an independent bottom electrode array structure having a nonvolatile memory function, and to be deformable by electrically adjusting a channel layer based on ID, 2D material, or a thin semiconductor thin film.
  • a reconfigurable electronic device having a nonvolatile memory function is described in detail below.
  • Si-based sub-nm 3D devices are expected to be around 2020, the structural, material and performance limitations of Si-based devices are increasing the need for new next-generation semiconductor materials and new devices.
  • 1D semiconductor materials of Si nanowires (Si nanowi re) or i CNT-based attention due to the characteristics of quas i-bal li st ic transport, steep subthreshold swing, the ideal electrostat ic coupl ing I am getting it.
  • the ability to independently control the threshold voltage and the polarity of the FET (n-type or p-type) in the FET using the 1D material is known as a core technology of the reconfigurable circuit technology.
  • the polarity change (n-type or p-type) of the device using a gate electrode capable of applying voltage independently to the SWNT device [Non-Patent Document 1] published in 2005.
  • Non-Patent Documents 2 to 5 Ni S 2 is formed on both sides of a low concentration doped Si nanowire to form a Schottky junction, a gate insulating film is formed, By controlling the resistance of the Schot tky junction using two gate electrodes formed in isolation from each other near the two Schot tky junctions, or by simultaneously supplying electrons or holes selectively, the pMOSFETs can be changed to nMOSFETs and vice versa. In other words, the device that can change the type is being studied.
  • Non-Patent Document 5 The current level is merely a simulation showing the operation of the logic gate [Non-Patent Document 5]. Therefore, the reconstruction circuit published so far shows that the concept of the research is excellent, but the fundamental limitations of the device itself are as follows. First, in realizing the device through the junction of Si nanowires and NiS2, the precise position control of the junction becomes a fundamental problem in the manufacturing process, and when the two top-gates are implemented, the junction and the self-alignment do not become parasitic resistance. However, the dose component is greatly increased. Second, when switching device types (eg nMOSFET-> pMOSFET), one must always apply voltage to either of the two top-gates, resulting in increased wiring and parasitics.
  • switching device types eg nMOSFET-> pMOSFET
  • the gate insulating film can be applied to a nonvolatile memory function, but increases the E ot (eqmvalent thi ckness of oxide) is significantly reduced by the current driving capacity, it is impossible to further reduction in size channel length.
  • E ot eqmvalent thi ckness of oxide
  • the source or the drain must have a Schott tky junction, so essentially the large low-frequency noise generated by the Schottky junction greatly limits the usability of these devices.
  • the junction electrically formed is a drain junction, and the Schot tky junction is a source junction, so that the f of the current is small, but in the circuit, the position of the source / drain is arbitrarily changed so that of the f current.
  • the first prior art referred to herein is a technique disclosed in the following non-patent documents 2, 4, and 5, and the second prior art is a technique disclosed in the non-patent document 3, and the third prior art is a technique disclosed in the patent document 2.
  • the fourth prior art is a technique disclosed in Patent Document 1.
  • Patent Document 1 US Patent US 8,350,602 B2
  • Non-Patent Document 1 Y. -M. Lin, J. Appenzeller, J. Knoch, and P. AVour i s, "High-Performance Carbon Nanotube Field-Effect Transistor ith Tunable Polarities", IEEE Trns. Natotech. , vol. 4, no. 5, p. 481 ⁇ 488, 2005.
  • Non-Patent Document 2 A. Heingzig, S. Slesazeck, F. Kreu, T. Mikolaj ick, and W. M. Weber, "Reconf igurable Silicon Nanowire Transistors", Nano Lett. vol. 12, pp. 119-124, 2012.
  • Non-Patent Document 3 M. Mongillo, P. Spathis, G. Katsaros, P.
  • Non-Patent Document 4 A. Heingzig, T. Mikolaj ick, J. Trommer, D.
  • Non-Patent Document 5 J. Trommer, A. Heinzig, S. Slesazeck, T.
  • the present invention is reconfigurable based on Si nanowire (NW) devices implemented in a conventional top-down or bottom-down method.
  • NW Si nanowire
  • TMDC ranc it ion metal di chalcogenides
  • phosphorene thin semiconductor films
  • thin semiconductor films such as Si thin films or Metal Oxide semiconductor thin films
  • SWNTs Single-walled carbon nanotubes (unless otherwise mentioned in the present specification, which are referred to as carbon nanotubes) are implemented based on single-walled carbon nanotubes (Singl e Wa l led Carbon Nanotubes; SWNTs).
  • the position of the gate electrode is disposed below to freely adjust the resistance of the Schott tky junction of the device, and to precisely control the position of the gate electrode, the S / D electrode, and the channel part in the device.
  • the conventional reconfigurable device is voltage-coupled with other wires because a voltage must always be applied to one of the two top-gates when changing the device type (e.g. nMOSFET-> pMOSFET).
  • leakage current may occur and the degree of freedom of wiring is greatly reduced.
  • the conventional reconfigurable devices can be applied to non-volatile memory function for the gate insulation film, but E ot (equivalent thi ckness of oxide) is increased by a current drive capability is greatly decreased, and even very small channel length field (L ⁇ lOnoi) becomes difficult to shrink.
  • the present invention constructs a lower gate insulating film including a lower electrode array and a nonvolatile memory function to which voltage is independently applied, and introduces a channel layer based on ID, 2D material, or thin semiconductor thin film thereon. Subsequently, the S / D electrode based on the photo process is implemented. Accordingly, the present invention provides a channel threshold voltage control and a Schott tky barrier between the source and drain electrodes and the channel layer. In addition, the gate control of the channel is implemented through the upper electrode to solve the limitation of the gate insulating layer thickened to include the memory function. Third, even though conventional devices operate with any type of M0SFET, either source or drain amplifiers must have SchoUky junctions.
  • an electrically formed junction becomes a drain junction, and when the SchoUky junction between the source electrode and the channel layer is controlled by the gate electrode, the f of the current can be reduced, but in the circuit, the source / drain positions are arbitrarily selected. This can be a major drawback in terms of current.
  • an upper gate electrode surrounding the junction located near the source and drain is configured. . Therefore, it should be designed and implemented in consideration of the width of the upper gate electrode and the process separation minimum distance or line width (F) between the gate electrode and the electrode.
  • the minimum feasible channel length is increased by that amount.
  • FIG. As shown in (b), the lower electrode for adjusting the threshold voltage of the SchoUky barrier and the channel is disposed under the channel layer, thereby substantially reducing the area required for the independent lower electrode while maintaining the role of the independent lower electrode. Can be. This can lead to an improvement in the density.
  • the conventional reconfigurable device in order to implement a plurality of independent gate electrodes on the channel sublayer, the minimum distance between the gate insulating film and the gate metal is minimized, and the limit of the minimum area that can maintain the adhesive force between the metal and the gate insulating film is achieved.
  • the process difficulty increases in implementing multiple independent gate interconnections. Because of this, the conventional reconfigurable The devices have various process problems, such as a short circuit between the metal lines and a break of the fine independent gate lines.
  • the conventional reconfigurable devices have a problem in that the channel length increases with the number of independent gates.
  • the reconfigurable electronic device uses a process of deposition, etching, and chemical mechanical polishing (chemi cal mechani cal pol i shing), which is highly consistent with the latest semiconductor standard process. It is a structure that can increase process reproducibility and process margin.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention functions to easily control the work function of the lower electrode and minimize the distance between the electrodes by doping a semiconductor material such as Si or realizing the lower electrode with a metal having various work functions. It is a structure that provides an advantage that can maximize the degree of integration.
  • the reconfigurable electronic device preferably further includes a first insulating film formed between the substrate and the lower electrodes to electrically isolate the substrate and the lower electrodes.
  • the lower gate insulating layer may be made of a ferroelectric material, and may be programmed or erased according to voltages applied to the lower electrodes.
  • the lower gate insulating film is formed of at least two insulating films, and adjacent layers are formed of a material having a different energy bandgap or dielectric constant. It is preferable that at least one of the insulating films constituting the insulating film can store electric charges.
  • the substrate is composed of a semiconductor material or a conductive material
  • the electronic device further comprises a second insulating film formed between the substrate and the lower electrode to electrically lower the lower electrodes from the substrate It is preferable to separate.
  • the distance between the two lower electrodes is equal to the distance between the source and drain electrodes, and the opposite edges of the lower electrodes are formed to be aligned with the edges of the source and drain electrodes.
  • the distance between the lower electrodes may be shorter than the distance between the source and drain electrodes, or the distance between the two lower electrodes may be wider than the distance between the source and drain electrodes.
  • the reconfigurable electronic device may further include a buffer layer for improving their interface characteristics between the channel layer and the upper gate insulating layer, or the surface of the channel layer may be chemically or physically treated.
  • the channel layer is a one-dimensional nanomaterial, two-dimensional nanomaterials, metal oxide thin film, silicon It is preferred to consist of one of the thin films.
  • the lower gate insulating layer may be programmed or erased by applying a voltage to the lower electrodes. It is desirable to be determined by the magnitude or time of the voltage applied to the lower electrodes.
  • the voltage applied to the lower electrodes is adjusted so that the lower gate insulating layer positioned below the source electrode and the lower gate insulating layer positioned below the drain electrode are differently programmed or erased.
  • one of the lower gate insulating layer positioned below the source electrode and the lower gate insulating layer positioned below the drain electrode may be programmed and the other may be erased.
  • the same voltage (including 0V) may be applied to the source electrode and the drain electrode in the program or erasure by applying the voltage of the lower electrode.
  • a voltage is applied to the source electrode and the lower electrode positioned below the source electrode to induce holes in the channel layer positioned below the source electrode, and drain and drain electrodes.
  • the voltage applied to the lower electrode positioned below is controlled to induce electrons in the channel layer positioned below the drain electrode to operate as a pn diode or to be applied to the lower electrodes positioned below the source and drain electrodes.
  • the electron layer or the hole layer may be induced in the channel layer to operate as an n-type M0SFET or a p-type M0SFET.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention is characterized by being equipped with a nonvolatile memory function and independently configuring lower electrodes. Due to this feature, the electronic device according to the present invention can be applied to a conventional reconfigurable device. Compared to this, there is a high degree of freedom of wiring for circuit operation, simplification of driving, and even if the applied voltage is cut off from the outside after changing the polarity of the device by utilizing the nonvolatile memory function, the changed polarity can be maintained as it is. And the electrical coupling between wires can be significantly reduced.
  • the lower electrode may be electrically floated, and in this case, parasitics seen in the upper gate electrode or the source or drain electrode. Dose components can be reduced.
  • the reconfigurable electronic device adopts a structure in which an upper gate structure is used when driving a circuit and a lower electrode is used to control device polarity, thereby reducing the polarity (eg, n-type or p-type) of the device.
  • the lower electrode having the nonvolatile memory effect to convert and the upper gate electrode used when operating the actual device as a circuit are characterized by being positioned differently from each other independently. Due to this feature, the reconfigurable electronic device according to the present invention can effectively incorporate a nonvolatile memory function while lowering a driving voltage during circuit operation.
  • the reconfigurable electronic device can freely scale the upper gate insulating film, thereby reducing the operation driving operation and having the advantage of driving the device up to the minimum channel region.
  • the process of silicide formation between Si and transition metal which is recognized as a problem of the conventional reconfigurable element, it is difficult to control the exact position of the junction (for example, the junction of Si and Ni silicide) in the process, so that the generation of parasitic capacitance To regulate the channel part and junction area of the wire. It is difficult to accurately adjust the position of the gate electrode, which makes it difficult to accurately adjust the threshold voltage in the channel.
  • the lower electrode since the lower electrode is first formed, the subsequent insulating layer and the channel layer are formed, and then the source and drain electrodes are aligned based on the lower electrode, precise position control is possible, and thus the area of the device is improved. You can optimize performance as well as minimize it.
  • the reconfigurable electronic device places the lower electrode serving as an independent gate under the source electrode and the drain electrode, thereby reducing the length of the device and improving the degree of integration.
  • a conventional reconfigurable device there may be a limit in increasing the number or implementing a fine process by placing the independent gate electrodes on the upper portion, and thus, the number of independent gate electrodes is usually three or less.
  • the conventional reconfigurable device lacks a function of locally adjusting the threshold voltage of the channel layer, and thus, locally doping is limited. Therefore, the conventional reconfigurable device is limited in its ability to implement n-p-n or p-n-p junctions through local electrical doping in a channel, and as a result, there is a difficulty in implementing various multifunctional devices.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention has an advantage of implementing a plurality of lower electrodes under the channel layer. There is a lower gate insulating layer capable of storing charge between each lower electrode and the channel layer. Due to these advantages, the reconfigurable electronic device according to the present invention enables local electrical doping as mentioned above, resulting in a change in device type (ie pn ⁇ np diode, n type p type), channel length modulation, diode Various multifunctional devices such as logic can be realized. In addition, the reconfigurable electronic device according to the present invention may improve the variety of functions, the degree of freedom in driving the device, and the degree of integration when the reconfigurable circuit is implemented.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of each device described to compare the degree of integration of a reconfigurable device according to the prior art and a reconfigurable electronic device according to the present invention. 10, it can be easily seen that the reconfigurable electronic device according to the present invention has a very high degree of integration as compared to conventional devices.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention is characterized in that the parasitic resistance component, power consumption, and the wiring diversity required for implementing the reconfigurable circuit operation, the functional diversity of the multifunctional device, the process alignment, and the adjustment of the Schot tky contact resistance.
  • the performance of the reconfigurable electronic device according to the present invention has a great advantage in terms of all characteristics compared to other conventional technologies.
  • FIG. 1A is a perspective view of a reconfigurable electronic device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the direction A-B of FIG.
  • FIG. 2 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view and a cross-sectional view showing the reconfigurable electronic device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a perspective view illustrating a reconfigurable electronic device according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a perspective view illustrating a reconfigurable electronic device according to a sixth embodiment of the present invention. to be.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the expandability of the lower electrode in the reconfigurable device according to the fifth to eighth embodiments of the present invention.
  • FIG. 7 (a) and 7 (b) illustrate the overlapping according to the position of the lower electrodes GK20 and GN 22 in the reconfigurable elements according to the present invention. It is a cross section.
  • FIG. 8 is a schematic view showing the configuration of a lower gate insulating film causing a nonvolatile memory function in the reconfigurable devices according to the present invention.
  • 9 is a representative perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the channel layer in the reconfigurable device according to the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of each device described to compare the degree of integration of a reconfigurable device according to the prior art and a reconfigurable electronic device according to the present invention.
  • FIG. 11 is a chart in which the characteristics of each item are compared and analyzed for reconfigurable electronic devices according to the related art and reconfigurable electronic devices according to the present invention. It is a schematic diagram which shows the implementation form of the deformable element in the reconfigurable electronic element which concerns on this invention.
  • FIGS. 13A and 13B are perspective views illustrating a conventional representative reconfigurable device and a reconfigurable electronic device according to the present invention, respectively.
  • FIG. 1A is a perspective view of a reconfigurable electronic device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the direction A-B of FIG.
  • the reconfigurable electronic device is a lower electrode-based deformable device having a nonvolatile memory function, and includes a substrate 1, lower electrodes 20 and 22, and a first insulating film ( 10), an inter-electrode insulating film 11, a lower gate insulating film 30, a channel layer 40, a source electrode 50, a drain electrode 51, an upper gate insulating film 60, an upper gate electrode 80 do.
  • the upper gate insulating layer 60 is configured to overlap some or all of the source and drain electrodes when they are formed first.
  • the reconfigurable electronic device according to the present embodiment is characterized in that it has two lower electrodes, and the upper gate electrode 80 is configured to be aligned with the source electrode and the drain electrode 50, 51.
  • each component of the reconfigurable electronic device according to the present embodiment will be described in detail.
  • the substrate 1 may be made of an insulating material or a semiconductor material such as Si.
  • the lower electrodes 20 and 22 are formed on the substrate, and are formed of two lower electrodes spaced apart by a predetermined distance by the inter-electrode insulating film 11.
  • the lower electrodes are also electrically connected to the substrate.
  • the electronic device further comprises a first insulating film 10 formed between the substrate and the lower electrode to electrically separate the lower electrodes from the mold. desirable.
  • an insulating film is deposited on a substrate (1) made of Si semiconductor or the like, or a thermal oxide film is formed on the substrate through oxi dat ion, and then doped silicon on the insulating film.
  • a metal material and patterning by a photolithography process it is possible to form electrically separated bottom electrodes.
  • a metal selected in consideration of process convenience and electrical operation characteristics of the device on a photosensitive photosensitive film patterned by a photolithography process in addition to a method of forming by a deposition and a subsequent etching process. After the deposition, it may be configured through a lift off process.
  • the lower gate insulating layer 30 is formed on the lower electrodes and the inter-electrode insulating layer 11, and is configured to be programmable or erased according to the polarity of the voltage applied to the lower electrodes.
  • the lower gate insulating film 30 may be composed of a single ferroelectric film or at least two insulating films.
  • the lower gate insulating film is formed of two or more insulating films
  • adjacent layers may be formed with different energy band gaps or dielectric constants, and at least one of insulating films constituting the lower gate insulating film may be It is preferable to constitute a charge storage layer capable of storing charges.
  • FIG. 8 is a schematic view illustrating various configurations of a lower gate insulating layer inducing a nonvolatile memory function in reconfigurable devices according to the present invention.
  • the lower gate insulating layer is nonvolatile using a polarization phenomenon of a single thin film layer composed of an organic material (eg, PVDF) or an inorganic material (eg, PZT) based ferroelectric material, as shown in FIG. 8A.
  • Memory functions can be inherent.
  • the lower electrode is made of a semiconductor material.
  • the lower gate insulating film may form a blocking insulating film based on a thermal oxide film or an insulating film having various dielectric constants deposited thereon.
  • various high dielectric insulating films may be used as the blocking insulating film.
  • the lower gate insulating layer may have a blocking insulating layer formed on the lower electrode, and a charge storage layer may be formed on the formed blocking insulating layer to have a two-layer structure.
  • the lower gate insulating film may be implemented in a three-layer structure by forming a tunneling insulating film on the two-layer structure. The tunneling insulating layer allows electrons or holes to be injected into the charge storage layer by tunneling between the lower gate insulating layer and the channel layer.
  • the above-described three-layer structure may be composed of a tunneling insulating film, a charge storage layer, and a blocking insulating film (for example, oxide / silicon nitride / oxide, oide / Hf0 2 / Al 2 O 3, etc.).
  • a tunneling insulating film for example, oxide / silicon nitride / oxide, oide / Hf0 2 / Al 2 O 3, etc.
  • the channel layer 40 is formed on the lower gate insulating film, and includes one of a one-dimensional nanomaterial, a two-dimensional nanomaterial, a metal oxide thin film, a silicon thin film, a mv group compound semiconductor thin film, and a ⁇ - ⁇ group compound semiconductor thin film.
  • the one-dimensional nanomaterials include Si nanowires, carbon nanotubes, graphene nanoribbons (NR), the two-dimensional nanomaterials include TMDC, phospherene, etc., and the metal oxide thin film is Indium-gallium-zinc-oxide.
  • the silicon thin film may include a thin film of a single crystal, polycrystalline, or amorphous based silicon material.
  • the m-v compound semiconductor thin film and the ⁇ - ⁇ compound semiconductor thin film may include GaAs, InAs, or the like.
  • FIG. 9 is a representative perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the channel layer in the reconfigurable device according to the present invention.
  • Si nanowires, carbon nanotubes, and graphene nanoribbon may be utilized by using a bottom-up or top-down process technology.
  • FIG. 9A illustrates an example of a reconfigurable device to which a semiconducting carbon nanotubes (s-SWNTs), which is a representative 1D channel layer, is applied as an example for implementing a channel layer.
  • s-SWNTs semiconducting carbon nanotubes
  • FIG. 9 (b) is an example of introducing a single layer of graphene, a 2D material, into a channel layer using nanopatterning technology or using another method of implementing graphene nanoribbons.
  • FIG. 9C illustrates a device in which 2D material is applied as a channel layer, and the 2D channel layer may be implemented using a material having an energy band gap.
  • it may be TMDC (trans it ionmetal di chacogenides; MoS 2 , WSe 2 , WS 2 ), phosphorene, or the like.
  • Some or all of the source electrode 50 and the drain electrode 51 are formed on the channel layer.
  • the edges of the source electrode and the drain electrode may be formed to be aligned with the opposite edges of the lower electrodes so as to be aligned with the lower electrodes, or some or all of the source electrode and the drain electrode may be aligned with the lower electrodes. Or formed with of fest.
  • the upper gate insulating layer 60 is formed on the channel layer and overlaps some or all of the source electrode and the drain electrode.
  • the upper gate insulating layer 60 on the channel layer to prevent deterioration of device characteristics due to an interfacial charge tram that may exist between the 1D or 2D nanomaterial-based semiconductor layer constituting the channel layer and the upper gate insulating layer.
  • the chemical or physical surface treatment process such as 0 2 , N 2 , Ar plasma treatment on the upper surface of the channel layer, it is preferable to form the upper gate insulating film on the channel layer.
  • the upper gate insulating layer 60 may be formed of a single layer composed of a conventional high dielectric material or two or more layers having different dielectric constants for low voltage driving. Formed by the upper gate insulating film is then formed in consideration of the factors that may affect the threshold voltage of the i-channel layer, select the type of the metal, deposited without the source electrode and the drain electrode and overlapping so as to their minimum over the parasitic capacitance ol It is desirable to. In some cases, the upper gate insulating layer may be interposed to partially overlap the source and drain electrodes as well as the channel charge.
  • the transparent or opaque metal material may be implemented by various processes, for example, by using an electron beam evaporat ion and a li ft of f process, or after forming a metal using a vacuum evaporation or sputtering process. It can be implemented through the existing patterning process.
  • the upper gate electrode is used as an application terminal of the driving gate voltage to control the main operation of the circuit, the lower electrode independently configured to adjust the potential barrier or threshold voltage of Schot tky barr i er, or It can be used as a main gate electrode device for determining the operation of unit devices and circuits.
  • the upper gate electrode 80 is formed on the upper gate insulating film.
  • the upper gate electrode 80 may be formed with a gate insulating layer interposed between the source electrode 50 and the drain electrode 51 facing each other.
  • FIG. 2 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a second embodiment of the present invention.
  • the reconfigurable electronic device is a lower electrode array-based deformable device having a nonvolatile memory function.
  • the substrate 1, the lower electrodes 20 and 22, and the first insulating film are the same as the first embodiment. 10, the inter-electrode insulating film 11, the lower gate insulating film 30, the channel layer 40, the source electrode 50, the drain electrode 51, the upper gate insulating film 60, the upper gate electrode 80 Equipped.
  • the reconfigurable electronic device is characterized by having two lower electrodes.
  • the upper gate insulating layer 60 is configured to overlap a part or the entire area of the source electrode and the drain electrode.
  • the upper gate electrode 80 is formed on the upper gate insulating film, so that the upper gate electrode 80 is overlapped with a portion of the source electrode and the drain electrode 50, 51 via the upper gate insulating film. do.
  • the components except for the upper gate insulating film 60 and the upper gate electrode 80 of the reconfigurable electronic device according to this embodiment have the same configuration as those of the first embodiment. ⁇ Crab 3 Example>
  • FIG. 3 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a third embodiment of the present invention.
  • the reconfigurable electronic device is a lower electrode array-based deformable device having a nonvolatile memory function, and includes a substrate 1, lower electrodes 20 and 22, a first insulating film 10, and an electrode between electrodes.
  • the reconfigurable electronic device according to the present embodiment is characterized by having two lower electrode structures 20 and 22.
  • the reconfigurable electronic device according to the present exemplary embodiment includes a buffer layer 70 between the channel layer 40 and the upper gate insulating layer 60, and the upper gate electrode 80 includes the source electrode 50 and the drain electrode. It is characterized in that it is aligned with (51) without overlap.
  • the components except for the buffer layer 70 have the same configuration as those of the first embodiment.
  • the buffer layer 70 is formed between the channel layer and the upper gate insulating film in order to improve the interface characteristics of the channel layer 40 and the upper gate insulating film 60.
  • the buffer layer may be composed of an organic material or an inorganic material (e.g., spin on glass as SOG, epoxy-based negative photoresi st), Octadecyl tr i chloros il ane (OTS), and octadecanethi ol (0DT). have.
  • the upper gate insulating layer 60 on the channel layer prevents deterioration of device characteristics due to an interface charge trap that may exist between the 1D or 2D nanomaterial-based semiconductor layer constituting the channel layer and the upper gate insulating layer.
  • the upper gate insulating layer 60 may be implemented using atomi c layer depos it on (ALD) or a sputtering process on the buffer layer, for example, a high dielectric material having a high dielectric constant, which is conventional for low voltage driving.
  • FIG. 4 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the reconfigurable electronic device is a lower electrode array-based deformable device having a nonvolatile memory function, and includes a substrate 1, lower electrodes 20 and 22, a first insulating film 10, and an electrode between electrodes.
  • the reconfigurable electronic device according to the present embodiment is characterized by having two lower electrodes 20 and 22.
  • the reconfigurable electronic device according to the present embodiment is characterized by including a buffer layer 70 between the channel layer 40 and the upper gate insulating film 60.
  • the upper gate insulating layer 60 is configured to overlap some regions of the source electrode and the drain electrode.
  • the upper gate electrode 80 is formed on the upper gate insulating film so that the upper gate electrode 80 is upper. It is characterized in that it is comprised so that it may overlap with the some area
  • the components except for the buffer layer 70 have the same configuration as those of the second embodiment, and the buffer layer 70 has the same configuration as the buffer layer of the third embodiment.
  • FIG. 5A is a perspective view showing a reconfigurable electronic device according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a perspective view showing a reconfigurable electronic device according to a sixth embodiment of the present invention. to be.
  • the reconfigurable electronic device according to the above 15 to 8 embodiments is characterized in that the lower electrodes of the electronic devices according to the first to fourth embodiments are configured in the form of a lower electrode array.
  • Reconfigurable electronic devices unlike the first to fourth embodiments, have a lower electrode array composed of at least three lower electrodes 20, 21, 22. It is done. That is, the reconfigurable electronic devices according to the present exemplary embodiments include a lower electrode array having at least three lower electrodes, a source electrode disposed on an upper portion of the lower electrode positioned at one end of the lower electrode array, and a lower portion positioned at the other end. A drain electrode is disposed above the electrode.
  • the remaining lower electrodes except for the lower electrodes respectively positioned at both ends of the lower electrode array may adjust the threshold voltage of the channel. To be used.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the expandability of the lower electrode array in the reconfigurable device according to the fifth to eighth embodiments.
  • an electrode located below the source electrode 50 may be referred to as GK20 in order to sequentially include G2 (21), G3 (23), G4 (24), G5 (25), and the like.
  • the structure of the device expandable to the GN 22 is shown. At this time, the separation distance between independent lower electrodes is defined as Ls, and Ls is fairly spaced apart.
  • FIG. 7 (a) and 7 (b) illustrate the overlapping according to the position of the lower electrodes GK20 and GN 22 in the reconfigurable elements according to the present invention. It is a cross section.
  • the positions of the lower electrodes G1 and GN overlap the source electrode and the drain electrode, and also overlap the channel layer.
  • the point A is defined as the right edge position in the configuration of Gl 20, the lower electrode under the source electrode, and the point B is defined as the right edge position of the source electrode 50.
  • the lower electrode GK20 is formed to extend further to the right than the source electrode, whereby A is formed longer than B in the direction so that AB> 0.
  • the upper gate electrode The parasitic capacitance component between the source and drain electrodes and the gate electrode may be enjoyed by partially overlapping the lower electrode G1 without overlapping the source electrode in an alignment viewpoint.
  • the left edge of the lower electrode GN extends to the left more than the left edge of the drain electrode.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating the overlap depending on the positions of the GU20 and the GN 22 in the reconfigurable elements (including the types 1, 2, 3, 4, 5, and 6).
  • the source electrode is formed to extend to the right side than the lower electrode G1, so that the source electrode is formed longer than A in the + direction, whereby A-B ⁇ 0.
  • the lower electrode does not affect the channel layer formed by overlapping the upper gate electrode and the upper gate insulating layer. That is, the influence of program and eraser operation of the lower electrode affects only the channel layer under the source electrode in terms of alignment.
  • the left edge of the drain electrode extends to the left more than the left edge of the lower electrode GN.
  • the description about the source vicinity can be applied as it is.
  • the distance between two lower electrodes respectively formed under the source electrode and the drain electrode is shorter than the distance between the source electrode and the drain electrode to reduce the effective channel length.
  • the effective channel length can be increased by forming longer than the distance between the source electrode and the drain electrode. Therefore, the distance between the two lower electrodes may be set according to the effective channel length of the electronic device.
  • the reconfigurable electronic device having the above-described structure has two or more independently configured lower electrode structures based on a metal or a heavily doped Si material, and between the two lower electrodes formed below each other.
  • some photos can be overlapped Form based on alignment by process.
  • a lower gate insulating film is formed on the lower electrode to induce a nonvolatile memory function.
  • the lower gate insulating film may be formed of a single layer based on an organic material or an inorganic material, or may be formed of two or more insulating films. When the lower gate insulating layer is formed of two or more insulating layers, adjacent charges may have different energy band gaps and dielectric constants.
  • One-dimensional (1 dimens ional; ID) structured channel material Si, ⁇ -VNW, SWNTs,-graphene nanor ibbon, etc.
  • 2D two-dimensional channel material formed on the lower gate insulating layer using a top-down or bottom-up process platform.
  • a channel layer is formed by placing a semiconductor material with an energy bandgap (TMDC: ⁇ 3 ⁇ 4, WSe 2 , W3 ⁇ 4, phosphor ene, etc.).
  • TMDC energy bandgap
  • TMDC ⁇ 3 ⁇ 4, WSe 2 , W3 ⁇ 4, phosphor ene, etc.
  • a metal oxide thin film or a semiconductor thin film can be used as the channel layer.
  • a source / drain electrode is formed on the channel layer by aligning the lower electrode with a photographic process, wherein the source electrode and the drain electrode are made of a metal selected in consideration of the material constituting the channel layer and the consistency of the work function. It is preferable.
  • An upper gate insulating layer is formed on the formed channel layer and the source / drain electrode structure to be compatible with the upper channel material.
  • An upper gate insulating layer having a high dielectric constant eg, Hf0 2 , AI 2 O 3 , ⁇ 0 2
  • Zr0 2 1 SiN x, etc. is formed on the channel layer.
  • An upper gate electrode is formed on the formed upper gate insulating layer.
  • the upper gate electrode is made of a transparent or opaque organic and inorganic material having high work function, and is formed in consideration of the overlap between the source electrode and the drain electrode.
  • the upper gate electrode may be embodied in a structure that is completely aligned with a channel layer that is a distance between the source electrode and the drain electrode in consideration of parasitic components and device operating environments, or includes both the channel layer region and the source electrode. It can be implemented in a structure that can overlap a portion of the drain electrode at the same time.
  • the reconfigurable element is a source / drain electrode through a voltage applied independently to the lower electrode gate array capable of applying a voltage independently
  • the following Schot tky barrier is adjusted to implement the characteristics of the reconfigurable device.
  • the potential barrier is formed by injecting charge into the charge storage layer of the lower gate insulating film having the nonvolatile memory function through a program / eraser operation applied to the source electrode / drain electrode and the selected lower electrode. Adjust
  • a lower electrode capable of applying an independent voltage is provided, and a program or eraser is performed on the charge storage layer to enable the nonvolatile memory function, thereby controlling the Schot tky potential barrier.
  • the potential barrier is adjusted, so that the wiring can be effectively implemented in driving the reconfigurable element and the circuit.
  • the conventional reconfigurable device disclosed in Patent Document 1 has a nonvolatile memory function based on an upper gate electrode structure, and controls the electrical operation of the device by using the same gate insulating film.
  • the charge storage layer is in the upper gate insulating film, and electrons or holes are injected therein, and these charges may be undesired or come out undesirably under normal operating conditions, resulting in a problem of reliability.
  • a lower electrode is prepared for a program and an eraser, and under normal operating conditions, the upper gate is in charge to solve the above problem.
  • Patent Document 1 has a common feature of utilizing a nonvolatile memory function, the density of the structure according to the present invention is 5F, and the degree of integration of the structure according to Patent Document 1 is 17.5 F, so that the degree of integration is significantly lower than that of the present invention. There are disadvantages.
  • the first to fourth prior arts do not have a non-volatile function, and if this function is added, a thick gate insulating film is required for the operation of the memory device, and thus, the operation of the microchannel cannot be realized.
  • the first to fourth prior arts are significantly inferior to the present invention (5F) in that the length of the device is 10F to 12F.
  • the present invention since the upper gate insulating film can be made thin, there is no problem in miniaturization of the device.
  • the reconfigurable electronic device uses a lower electrode structure as a Sdiot tky barrier for the contact area between the channel layer and the source electrode / drain electrode.
  • the upper gate electrode mainly positioned at the upper side is mainly used, and in some cases, the lower electrode positioned at the lower side of the channel may be adjusted by applying a voltage.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an implementation of a deformable device of a reconfigurable electronic device according to the present invention.
  • the reconfigurable electronic device may electrically implement a p-n diode.
  • a positive program voltage is applied to the lower electrode positioned below the source electrode, and electrons are injected into the lower gate insulating layer having the charge storage layer to electrically hole the channel layer positioned below the source electrode.
  • Organic is applied to the lower electrode array positioned below and around the drain electrode to inject holes into the lower gate insulating film having the charge storage layer, thereby channel layers positioned below and around the drain electrode. Induces electrons in In this way, the p-n diode can be realized by electrically inducing the p region and the n region to the channel layer.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention may electrically implement an np diode.
  • the method for implementing this is similar to the description of FIG. 12A, but has the following differences.
  • the bottom electrode below the source electrode in the above description By injecting holes into the charge storage layer and injecting electrons into the charge storage layer using the drain electrode and the lower electrode below, an electrical np diode can be realized.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention may be driven by an n-type transistor having an ideal ohmi c characteristic as shown in FIG. 12 (b), or ideal ohmi as shown in FIG. 12 (c). It can be driven by a p-type transistor having a c characteristic.
  • holes are injected into the lower gate insulating layer having the charge storage layer located under the source electrode and the drain electrode by using the lower electrode, and between the source and drain electrodes and the channel layer. It is possible to drive the n-type M0SFET by lowering the potential barrier of and allowing the organic layer to function like the doped source / drain regions of the existing n-type M0SFET. In this case, the junction between the source drain electrode and the channel layer may be controlled to be close to the Ohmi c junction.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention is p It can be driven by a type transistor.
  • the reconfigurable electronic device has an n-type transistor and p having ohmi c contact characteristics through externally applied program / erase voltage control.
  • Type transistors can be implemented independently in the same device structure without additional process or structural change.
  • Conventional reconfigurable devices can be freely changed into transistors and diodes in the same device structure. Due to the limitation of the number of independent gate electrodes required for the type change, it is difficult to implement locally electrical doping in the form of n-pn or pnp in the nano-sized channel due to the characteristics of the device structure. There is this.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention can be locally doped by using a structure based on a plurality of independent lower electrode arrays as shown in FIG.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention may have a lower gate insulating layer and a lower gate insulating layer having a single layer or multilayer based memory characteristics as shown in FIG. 8.
  • the electrodes can be used to implement nonvolatile memory functions. Therefore, the characteristics distinguishing the existing technology and the present invention are summarized through the comparison table of FIG. 11.
  • FIG. 11 is a chart in which the characteristics of each item are compared and analyzed with respect to the conventional reconfigurable electronic devices and the reconfigurable electronic devices according to the present invention.
  • the crab 1 is disclosed in Nam LAB (Germany), and the reconfigurable device is implemented as shown in FIG. 13 (a).
  • the technique forms a junction of Si nanowires with Ni silicides, resulting in band alignment near the mid-gap within the band gap of the Si nanowires, resulting in almost similar size in terms of electrons and holes. It is a device having a potential barrier.
  • two independent upper electrodes positioned immediately adjacent to the source electrode and the drain electrode are implemented.
  • the two upper electrodes are formed over the Si and Ni silicide junctions.
  • Two independent upper electrodes formed around the source and drain regions independently control the type (n-type or p-type) of the device and implement a reconfigurable device.
  • the device is nonvolatile.
  • the number of independent nodes required to implement a reconfigurable device should be at least four, and the simple device type (n-type or p-type) can be changed, but there are limitations in various reconfigurable functions such as channel length modulation. Schot tky barriers can be controlled and bonded to bottom-up and top-down processes. However, fair matching with ID and 2D materials is limited.
  • the second prior art is a multifunction based reconfigurable device proposed for Joseph Four ier University in France, employing a device structure similar to the concept of the first prior art, the difference is only Schottky barrier
  • the two upper independent gate electrodes that can control the structure has a separate upper independent gate electrode for adjusting the channel characteristics of the device in the center of the channel.
  • This technology is also a non-volatile memory device technology is applied, the parasitic capacitance is the same as the first conventional technology, the minimum implementation area of the device is as large as 20F2 (assuming 2F device width).
  • the third prior art is a device presented by Swiss ijk Polytechnic, which combines two independent upper electrodes for adjusting the Schot tky barrier in the first prior art, and also, as in the second prior art, It is an element structure having a gate electrode. Therefore, the minimum area required for device implementation is 20F2, as in the conventional art. Since the two independent upper electrodes are tied together, the structure of the reconfigurable circuit cannot be used while exchanging the source and the drain. As a result, there are disadvantages in that there is a variety of reconfigurable circuit implementations and limitations in driving methods. It is described in Patent Document 2 that the prior art also does not have a nonvolatile memory function and is only implemented in a top-down process to implement a channel layer.
  • the prior art is Seoul National University Prof.
  • a technique introduced by the Hong Group a method of implementing a reconfigurable device by introducing two channel layers and a nonvolatile memory function is proposed.
  • the parasitic capacitance is large due to the use of two channel layers ;
  • the minimum implementation area is about 35F2.
  • There is no function to change the shape of the device (n-type or p-type) in the same channel and the implementation of the reconfigurable device also has a limitation in implementing multi-function because it uses a device having two independent channels.
  • the gate electrode is formed to cover the entire region of the channel layer, the Schott tky barrier cannot be changed locally between the channel layer, the source and the drain electrode.
  • the reconfigurable device can be implemented, it is a device structure that has great weakness in terms of functionality, density, and dynamic power consumption.
  • the present invention is the first place where a nonvolatile memory structure is used to implement a reconfigurable device.
  • a nonvolatile memory structure is used to implement a reconfigurable device.
  • the reconfigurable device disclosed in Patent Document 1 can have a characteristic for nonvolatile memory, it is not a single channel structure due to the device structure, and thus the parasitic resistance and capacity of the device are not only large, but also the integration is greatly reduced. Can be.
  • the integration degree is very low, as shown in Figure 11, the unit device area of 35F2.
  • the minimum device length occupied by the unit reconfigurable device becomes 4F, considering the separation between one upper gate electrode, three lower electrodes, and a lower electrode in the process (see FIG. 10 (d): 0.5F).
  • the multifunction based reconfigurable device according to the prior art 2 has a device length of 11F. Assuming the same device width, this results in an approximately double density increase.
  • the performance of the reconfigurable electronic device according to the present invention has a great advantage in terms of various characteristics in terms of various device characteristics including ID and matching with 2D materials. Shows.
  • the reconfigurable electronic device according to the present invention may show various deformable device characteristics as shown in FIG. 12, and are summarized as follows.
  • the contact resistance between the source and drain electrodes and the channel layer is controlled through the program / erase characteristics of the lower electrodes under the source and drain electrodes, and the electrical n-type and p-type regions are implemented to implement the device.
  • the lower electrode positioned below the channel layer can be used to adjust the device threshold voltage in the channel, and devices of different threshold voltages, such as devices of the same type, can be implemented in a circuit.
  • the structure can be operated as a Schot tky diode by modulating the potential barrier between the channel layer and the source and drain electrodes by adjusting the program / erase characteristics using the bottom electrodes located below the source and drain electrodes.
  • the potential barrier of the diode can be varied through the program and eraser.
  • the device according to the present invention can be widely used in the semiconductor field.

Landscapes

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Abstract

The present invention, with respect to implementing a device that is capable of being reconfigured, has significantly increased the degree of integration over existing devices that are capable of being reconfigured and have the same functions by configuring a separate upper gate and lower gate, and is able to reduce dynamic parasitic components during reconfiguring-capable circuit operations and reduce wiring complexity, on the basis of a separate lower electrode array inside the device and having a built-in nonvolatile memory function, so as to ultimately be a configuration that is capable of reducing power consumption. Also, a device is provided that shows superiority over existing devices that are capable of being reconfigured in terms of various characteristics, such as function diversity in a multifunctional device, alignment tolerances during manufacturing processes, minimum electronic doping forming ability within channels, compatibility with upstream and downstream methods of manufacturing processing, and compatibility with 1D and 2D materials.

Description

【명세서】  【Specification】
【발명의 명칭】 [Name of invention]
재구성 가능한 전자 소자 및 이의 동작 방법  Reconfigurable Electronic Device and Its Operation Method
【기술분야】 Technical Field
본 발명은 재구성 가능한 전자 소자에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 비휘발성 메모리 기능이 내재된 독립 하부 전극 어레이 구조를 구현하고, ID, 2D 재료 또는 얇은 반도체 박막 기반의 채널 층을 전기적으로 조절하여 변형 가능한 비휘발성 메모리 기능을 갖는 재구성 가능한 전자 소자에 관한 것이다. 【배경기술】  The present invention relates to a reconfigurable electronic device, and more particularly, to implement an independent bottom electrode array structure having a nonvolatile memory function, and to be deformable by electrically adjusting a channel layer based on ID, 2D material, or a thin semiconductor thin film. A reconfigurable electronic device having a nonvolatile memory function. Background Art
Si 기반의 8 nm 이하급 3차원 소자가 향후 2020년경에 도래하리라 예상되면서 Si기반 소자의 구조적 /물질적 /성능적 특성 제한으로 인해 새로운 차세대 반도체 물질과 새로운 소자의 필요성이 날로 증가하고 있다. 이런 한계성을 극복하기 위한 대안으로 Si 나노와이어 (Si nanowi re)나 탄소나노튜브 기반의 1D 반도체 소재는 quas i-bal l i st i c transport , 가파른 subthreshold swing , 이상적인 electrostat ic coupl ing의 특성으로 인해서 주목 받고 있다. 또한 상기 1D 소재를 활용한 FET에서 문턱전압과 FET의 극성 조절 (n형 또는 p형 )을 독립적으로 자유롭게 할 수 있는 기능은 재구성 가능회로 기술의 핵심 기술로 알려지고 있다. 이를 위한 한 예로서, 2005년에 발표된 SWNT 소자 [비특허 문헌 1]에 독립적으로 전압을 인가할 수 있는 게이트 전극을 활용한 소자의 극성 변화 (n형 or p형)연구가 있다. As Si-based sub-nm 3D devices are expected to be around 2020, the structural, material and performance limitations of Si-based devices are increasing the need for new next-generation semiconductor materials and new devices. As an alternative to overcome these limitations 1D semiconductor materials of Si nanowires (Si nanowi re) or i CNT-based attention due to the characteristics of quas i-bal li st ic transport, steep subthreshold swing, the ideal electrostat ic coupl ing I am getting it. In addition, the ability to independently control the threshold voltage and the polarity of the FET (n-type or p-type) in the FET using the 1D material is known as a core technology of the reconfigurable circuit technology. As an example for this purpose, there is a study on the polarity change (n-type or p-type) of the device using a gate electrode capable of applying voltage independently to the SWNT device [Non-Patent Document 1] published in 2005.
또한, 최근의 연구결과들 [비특허 문헌 2 내지 5] 중의 한 예로서, 낮은 농도로 도핑된 Si 나노와이어의 양쪽에 Ni S2를 형성하여 Schottky 접합을 형성하고, 게이트 절연막을 형성한 다음, 두 개의 Schot tky 접합 근처에 서로 격리되게 형성된 두 개의 게이트 전극을 이용한 Schot tky 접합의 저항을 조절하거나, 동시에 전자나 정공을 선택적으로 공급할 수 있도록 하여, pMOSFET이 nMOSFET으로, 또는 그 반대로 변화될 수 있도록 하는, 즉 유형의 변화가 가능한 소자가 연구되고 있다. 이러한 FET의 유형변화 (즉, 같은 소자가 pMOSFET, nMOSFET , 저항의 3가지 형태로 유형 변경)를 기반으로 두 개의 단위소자가 직렬로 연결된 형태의 회로를 구현하여, 단순히 PMOS inverter 를 匪 OS inverter로 구현하거나, 또는 compl ementary inverter를 구현하는 수준까지는 동작 특성이 보고되고 있다. 하지만, 이렇게 구현된 inverter의 실제 동작 속도는 수 초의 시간이 소요되는 등의 시응답 특성이 나쁜 단점이 있다 [비특허 논문 4] . 또한, 단위 소자의 개수가 2개에서 4개로 구성된 재구성 가능회로에서 NOR게이트가 NAND게이트로 변형되는 수준의 실제 회로구현은, 소자구조나 제작공정 상의 근본적인 문제로 인해서 실제 구현된 사례는 없다. In addition, as an example of recent research results [Non-Patent Documents 2 to 5], Ni S 2 is formed on both sides of a low concentration doped Si nanowire to form a Schottky junction, a gate insulating film is formed, By controlling the resistance of the Schot tky junction using two gate electrodes formed in isolation from each other near the two Schot tky junctions, or by simultaneously supplying electrons or holes selectively, the pMOSFETs can be changed to nMOSFETs and vice versa. In other words, the device that can change the type is being studied. Of these FETs Based on the type change (ie, the same device is changed into three types of pMOSFET, nMOSFET, and resistor), a circuit in which two unit devices are connected in series is implemented, and a PMOS inverter is simply implemented as an OS inverter, Or operating characteristics have been reported up to the level of implementing a comparable inverter. However, the actual operation speed of the inverter implemented as described above has a disadvantage in that the response time characteristics such as the time required for several seconds are bad [Non-Patent Paper 4]. In addition, the actual circuit implementation in which the NOR gate is transformed into a NAND gate in a reconfigurable circuit having two to four unit devices has not been realized because of fundamental problems in device structure or manufacturing process.
현 수준은 단순히 논리 게이트의 동작을 시뮬레이션으로만 보여주고 있는 수준이다 [비특허 문헌 5] . 따라서 지금까지 발표된 재구성 회로는 연구의 개념은 우수하나, 소자 자체에 다음과 같은 근본적인 한계가 있음을 보여 준다. 첫째, Si 나노와이어와 NiS2의 접합을 통해서 소자를 구현하는데 있어, 이 접합부의 정확한 위치 제어가 제조공정상에서 근본적인 문제가 되고 또한 두 개의 top-gate를 구현할 때, 상기 접합과 자기정렬 되지 않아 기생저항이나 용량성분이 크게 증가한다. 둘째, 소자의 유형 (예: nMOSFET --〉 pMOSFET)을 바끌 때, 두 개의 top-gate 중 어느 하나에 항상 전압을 인가하고 있어야 하고, 이로 인한 배선 및 기생성분의 증가가 발생한다. 이를 해결하기 위해, 게이트 절연막에 비휘발성 메모리 기능을 적용할 수 있지만 Eot (eqmvalent thi ckness of oxide)가 증가하여 전류구동능력이 크게 저하되고, 나아가 채널길이 축소화가 불가능해진다. 셋째, 어느 유형의 M0SFET으로 동작을 시키더라도 소스나 드레인 중 어느 하나는 반드시 Schot tky 접합을 가지고 있어, 근본적으로 Schottky 접합에서 발생하는 큰 저주파 잡음은 이들 소자의 웅용을 크게 제한한다. 넷째, 종래의 기술에 따른 top gate 기반의 재구성 가능 소자나 다기능 소자를 구현할 경우에, 단위 소자 구현을 위한 면적을 크게 차지하기 때문에 회로 구현 시에 집적도가 크게 떨어지는 단점이 있다. The current level is merely a simulation showing the operation of the logic gate [Non-Patent Document 5]. Therefore, the reconstruction circuit published so far shows that the concept of the research is excellent, but the fundamental limitations of the device itself are as follows. First, in realizing the device through the junction of Si nanowires and NiS2, the precise position control of the junction becomes a fundamental problem in the manufacturing process, and when the two top-gates are implemented, the junction and the self-alignment do not become parasitic resistance. However, the dose component is greatly increased. Second, when switching device types (eg nMOSFET-> pMOSFET), one must always apply voltage to either of the two top-gates, resulting in increased wiring and parasitics. To solve this problem, the gate insulating film can be applied to a nonvolatile memory function, but increases the E ot (eqmvalent thi ckness of oxide) is significantly reduced by the current driving capacity, it is impossible to further reduction in size channel length. Third, no matter what type of M0SFET you operate, either the source or the drain must have a Schott tky junction, so essentially the large low-frequency noise generated by the Schottky junction greatly limits the usability of these devices. Fourth, when implementing a top gate-based reconfigurable device or a multifunction device according to the prior art, since the area for the realization of a unit device occupies a large area, there is a disadvantage that the integration degree is greatly reduced when the circuit is implemented.
또한, 종래의 기술에 따른 재구성 가능 소자들에서 전기적으로 형성된 접합이 드레인 접합이 되고, Schot tky 접합이 소스 접합이 되어 of f 전류가 작으나, 회로에서는 소스 /드레인의 위치가 임의로 바뀌게 되어 of f 전류 측면에서 큰 단점이 될 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 제 1 종래기술은 아래의 비특허 문헌 2, 4, 5에 개시된 기술이며, 게 2 종래기술은 비특허 문헌 3에 개시된 기술이며, 제 3 종래기술은 특허문헌 2에 개시된 기술이며, 제 4 종래기술은 특허문헌 1에 개시된 기술이다. ᅳ 특허문헌 1: 미국등록특허 US 8,350,602 B2 In addition, in the reconfigurable elements according to the related art, the junction electrically formed is a drain junction, and the Schot tky junction is a source junction, so that the f of the current is small, but in the circuit, the position of the source / drain is arbitrarily changed so that of the f current. This can be a big disadvantage. The first prior art referred to herein is a technique disclosed in the following non-patent documents 2, 4, and 5, and the second prior art is a technique disclosed in the non-patent document 3, and the third prior art is a technique disclosed in the patent document 2. The fourth prior art is a technique disclosed in Patent Document 1. ᅳ Patent Document 1: US Patent US 8,350,602 B2
- 특허문헌 2: 미국공개특허 US 2013/0313524 A1  -Patent Document 2: US published patent US 2013/0313524 A1
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ᅳ 비특허 문헌 5: J. Trommer , A. Heinzig, S. Slesazeck, T.  Non-Patent Document 5: J. Trommer, A. Heinzig, S. Slesazeck, T.
Mikolaj ick, and W. M. Weber, "Elementary Aspects for Circuit Mikolaj ick, and W. M. Weber, "Elementary Aspects for Circuit
Imp lenient at ion of Reconf igurable Nanowire Transistors" , IEEE Electron Device Lett . vol . 35, no. 1, pp. 141-143 Imp lenient at ion of Reconf igurable Nanowire Transistors ", IEEE Electron Device Lett. Vol. 35, no. 1, pp. 141-143
【발명의 상세한 설명】 [Detailed Description of the Invention]
【기술적 과제】  [Technical problem]
본 발명은 종래의 하향식 (top-down) 또는 상향식 (bottom-down) 방식으로 구현된 Si 나노와이어 (NW) 소자 기반으로 구현된 재구성 가능 소자 및 회로에서 발생하는 문제점을 해결하고자 한다 . 하향식 기반의 그래핀 나노리본 (nanor i bbon), TMDC( t rans i t ion metal di chalcogenides ) , phosphorene과 같은 2D 재료를 활용하거나, 얇은 반도체 박막 (Si 박막 또는 Metal Oxide 반도체 박막ᅵ등) 또는 상향식 방식으로 구현된 단일벽 탄소나노튜브 (본 특허 명세서에서 특별한 언급이 없으면, 탄소나노튜브를 의미함) (Singl e Wa l led Carbon Nanotubes ; SWNTs)를 기반으로 서로 독립적인 전압을 인가할 수 있는 분할된 하부 전극 구조를 가지면서, 비휘발성 메모리 특성이 내재된 재구성 가능소자를 활용하여 아래에 기술된 한계성을 해결하고자 한다. The present invention is reconfigurable based on Si nanowire (NW) devices implemented in a conventional top-down or bottom-down method. To solve problems that occur in devices and circuits. Utilizing top-down 2D materials such as graphene nanoribbons, ranc it ion metal di chalcogenides (TMDC), phosphorene, thin semiconductor films (such as Si thin films or Metal Oxide semiconductor thin films) or bottom-up methods Single-walled carbon nanotubes (unless otherwise mentioned in the present specification, which are referred to as carbon nanotubes) are implemented based on single-walled carbon nanotubes (Singl e Wa l led Carbon Nanotubes; SWNTs). By using a reconfigurable device having a lower electrode structure and inherent nonvolatile memory characteristics, the limitation described below will be solved.
첫째, 종래의 재구성 가능 소자에서는 Si 나노와이어와 Ni 실리사이드의 접합을 통해서 소자를 구현하는데 있어, 해당 접합부의 정확한 위치 제어가 제조공정상에서 근본적인 문제가 되고, 또한 두 개의 top-gate를 구현할 때, 상기 접합과 자기 정렬되지 않아 기생저항이나 용량성분이 크게 증가한다. 이를 해결하기 위한 방법으로서, 본 발명에서는 게이트 전극의 위치를 하부에 배치하여 소자의 Schot tky 접합의 저항을 자유롭게 조절가능하게 하고, 소자 내 게이트 전극과 S/D 전극과 채널부의 정확한 위치 제어를 위해서 사진 공정 기반으로 제작함으로써, 위치제어의 재현성 및 조절 가능성을 해결하고자 한다.  First, in a conventional reconfigurable device, in realizing a device through a junction between Si nanowires and Ni silicide, accurate position control of the junction becomes a fundamental problem in the manufacturing process, and when implementing two top-gates, Parasitic resistance and capacitive component increase greatly due to misalignment with junction. As a method for solving this problem, in the present invention, the position of the gate electrode is disposed below to freely adjust the resistance of the Schott tky junction of the device, and to precisely control the position of the gate electrode, the S / D electrode, and the channel part in the device. By manufacturing on the basis of photographic process, we try to solve the reproducibility and controllability of position control.
둘째 , 종래의 재구성 가능 소자는 소자의 유형 (예 : nMOSFET -> pMOSFET)을 바꿀 때, 두 개의 top-gate 중 어느 하나에 항상 전압을 인가하여야 하기 때문에 다른 배선과의 전압 커플링 (coupl ing)이나 누설전류가 발생할 수 있어 배선의 자유도가 크게 저하된다. 이를 해결하기 위해, 종래의 재구성 가능 소자들은 게이트 절연막에 비휘발성 메모리 기능을 적용할 수 있지만 Eot ( equivalent thi ckness of oxide)가 증가하여 전류 구동능력이 크게 저하되고, 나아가 극소 채널길이 영역 (L < lOnoi)까지 축소화가 어려워진다. 상기 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은 독립적으로 전압이 인가되는 하부 전극 어레이와 비휘발성 메모리 기능이 포함된 하부 게이트 절연막을 구성하고, 그 위에 ID, 2D 물질 또는 얇은 반도체 박막 기반의 채널층을 도입하고, 후속으로 사진공정 기반의 S/D 전극을 구현한다. 따라서, 본 발명은 채널 문턱 전압 조절과 소스 및 드레인 전극과 채널층 사이의 Schot tky 장벽을 하부 전극 구조를 도입하여 조절하고, 채널의 게이트 조절은 상부 전극을 통해서 구현함으로써 메모리 기능을 포함하기 위해 두꺼워진 게이트 절연막의 한계를 해결하고자 한다. 셋째, 종래의 소자들은 어느 유형의 M0SFET으로 동작을 시키더라도 소스나 드레인 증 어느 하나는 반드시 SchoUky 접합을 가지고 있어 SchoUky 접합에 역방향 바이어스가 인가되면 근본적으로 Schot tky 접합에서 발생하는 큰 저주파 잡음은 이들 소자의 웅용을 크게 제한한다. 참고로, 일례로서 전기적으로 형성된 접합이 드레인 접합이 되고, 소스 전극과 채널층 사이의 SchoUky 접합이 게이트 전극에 의해 제어되는 경우 of f 전류를 작게 할 수 있으나, 회로에서는 소스 /드레인의 위치가 임의로 바뀔 수 있음으로 of f 전류측면에.서 큰 단점이 될 수 있다. Second, the conventional reconfigurable device is voltage-coupled with other wires because a voltage must always be applied to one of the two top-gates when changing the device type (e.g. nMOSFET-> pMOSFET). In addition, leakage current may occur and the degree of freedom of wiring is greatly reduced. To solve this problem, the conventional reconfigurable devices can be applied to non-volatile memory function for the gate insulation film, but E ot (equivalent thi ckness of oxide) is increased by a current drive capability is greatly decreased, and even very small channel length field (L <lOnoi) becomes difficult to shrink. In order to solve the above problem, the present invention constructs a lower gate insulating film including a lower electrode array and a nonvolatile memory function to which voltage is independently applied, and introduces a channel layer based on ID, 2D material, or thin semiconductor thin film thereon. Subsequently, the S / D electrode based on the photo process is implemented. Accordingly, the present invention provides a channel threshold voltage control and a Schott tky barrier between the source and drain electrodes and the channel layer. In addition, the gate control of the channel is implemented through the upper electrode to solve the limitation of the gate insulating layer thickened to include the memory function. Third, even though conventional devices operate with any type of M0SFET, either source or drain amplifiers must have SchoUky junctions. Greatly limit the grandeur of. For reference, as an example, an electrically formed junction becomes a drain junction, and when the SchoUky junction between the source electrode and the channel layer is controlled by the gate electrode, the f of the current can be reduced, but in the circuit, the source / drain positions are arbitrarily selected. This can be a major drawback in terms of current.
넷째, 도 13의 (a)에서와 같이 종래의 재구성 가능소자에서는 Si nanowi re와 Ni 실리사이드 접합부의 SchoUky 장벽을 조절하기 위해서, 소스와 드레인 부근에 위치한 상기 접합부를 감싸는 상부형 게이트 전극을 구성하고 있다. 따라서 상부형 게이트 전극의 폭과 게이트 전극과 전극 사이의 공정상의 최소 이격거리 또는 선폭 (F)를 고려해서 설계되고 구현되어야 한다. 이 경우, 도 10의 (a) , (b)에서와 같이 소스와 드레인의 이격거리인 채널 사이에 형성된 전압 조절 가능한 독립게이트 전극의 폭 뿐만 아니라, 게이트 전극간의 이격거리 (F)를 고려해서 구현되어야 함으로써, 구현 가능한 최소 채널 길이가 그 만큼 증가하게 된다. 그 결과 채널 길이 축소화에 있어서, 근본적인 한계가 발생되고, 재구성가능 단위 소자 구현을 위해서 필요한 면적을 증가시켜 집적도를 떨어뜨린다ᅳ 본 발명에서는 싱-기 언급한 집적도 관점의 단점을 보완하기 위해서, 도 13의 (b)와 같이 SchoUky 장벽과 채널의 문턱전압을 조절하기 위한 하부 전극을 채널층의 하부에 배치시켜서, 독립된 하부 전극의 역할을 그대로 구현하면서도, 독립된 하부 전극 구현을 위해서 요구되는 면적을 크게 줄일 수 있다. 이로 인해서 집적도의 향상을 가져올 수 있다.  Fourth, in the conventional reconfigurable device as shown in FIG. 13 (a), in order to control the SchoUky barrier of the Si nanowi re and Ni silicide junctions, an upper gate electrode surrounding the junction located near the source and drain is configured. . Therefore, it should be designed and implemented in consideration of the width of the upper gate electrode and the process separation minimum distance or line width (F) between the gate electrode and the electrode. In this case, as shown in (a) and (b) of FIG. 10, not only the width of the voltage-adjustable independent gate electrode formed between the channels that are the distance between the source and the drain, but also the distance F between the gate electrodes is implemented. By doing so, the minimum feasible channel length is increased by that amount. As a result, a fundamental limitation arises in reducing channel length, and increases the area required for realizing a reconfigurable unit device, thereby lowering the density. In the present invention, in order to compensate for the shortcomings of the above-mentioned density point of view, FIG. As shown in (b), the lower electrode for adjusting the threshold voltage of the SchoUky barrier and the channel is disposed under the channel layer, thereby substantially reducing the area required for the independent lower electrode while maintaining the role of the independent lower electrode. Can be. This can lead to an improvement in the density.
다섯째, 종래의 재구성 가능소자에서는 여러 개의 독립게이트 전극을 채널 부 상층에 구현하기 위해서는 게이트 절연막과 게이트 금속 사이의 이격거리를 최소화 할수록, 금속과 게이트 절연막사이의 접착력을 유지할 수 있는 최소 면적의 한계성으로 다중의 독립게이트 배선을 구현함에 있어서 공정적 난이도가 증가한다. 이로 인해서, 종래의 재구성 가능 소자들은 금속 배선간의 단락 (short )현상이나, 미세 독립게이트 배선의 끊어짐 등 다양한 공정적인 문제를 갖게 된다. 뿐만 아니라, 종래의 재구성 가능 소자들은 독립게이트의 수가 증가한 만큼 채널길이도 함께 증가되는 문제를 안고 있다. 결과적으로, 종래의 재구성 가능 소자의 구조에서는, 구현 가능한 독립게이트의 수가 증가할수록, 변형 가능한 다기능 소자의 구현은 그 만큼 제한이 된다. 예를 들면, 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 단순히 채널부의 조절 가능한 게이트 수가 두개로 제한될 경우 채널부의 전기적 도핑을 영역별로 조절할 수 없고, 이로 인해서 다양한 n-p-n (or p- n-p) 접합 ( j unct ion)의 효과를 활용한 다양한 다기능 소자 및 회로 구현의 가능성이 제한된다. Fifth, in the conventional reconfigurable device, in order to implement a plurality of independent gate electrodes on the channel sublayer, the minimum distance between the gate insulating film and the gate metal is minimized, and the limit of the minimum area that can maintain the adhesive force between the metal and the gate insulating film is achieved. The process difficulty increases in implementing multiple independent gate interconnections. Because of this, the conventional reconfigurable The devices have various process problems, such as a short circuit between the metal lines and a break of the fine independent gate lines. In addition, the conventional reconfigurable devices have a problem in that the channel length increases with the number of independent gates. As a result, in the structure of the conventional reconfigurable device, as the number of independent gates that can be implemented increases, the implementation of the deformable multifunction device becomes limited as much. For example, as illustrated in (a) of FIG. 13, when the number of adjustable gates of the channel unit is limited to two, the electrical doping of the channel unit cannot be adjusted for each region, and as a result, various npn (or p-np) junctions ( The possibility of implementing various multifunction devices and circuits utilizing the effect of j unct ion is limited.
따라서, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 하부 전극을 최신의 반도체 표준 공정과 높은 정합성이 있는 증착 (depos i t ion) , 식각 (etching) , 화학 기계적 연마 (chemi cal mechani cal pol i shing) 공정을 기반으로 하고 있으며, 이로 인해서 공정적인 재현성과 공정 여유도를 증가시킬 수 있는 구조이다. 또한, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, Si 등과 같은 반도체 물질을 도핑하거나 다양한 일함수의 금속으로 하부 전극을 구현함으로써, 하부 전극의 일함수 조절이 용이하고 전극간의 간격을 최소화할 수 있어 기능과 집적도를 극대화할 수 있는 장점을 제공하는 구조이다.  Therefore, the reconfigurable electronic device according to the present invention uses a process of deposition, etching, and chemical mechanical polishing (chemi cal mechani cal pol i shing), which is highly consistent with the latest semiconductor standard process. It is a structure that can increase process reproducibility and process margin. In addition, the reconfigurable electronic device according to the present invention functions to easily control the work function of the lower electrode and minimize the distance between the electrodes by doping a semiconductor material such as Si or realizing the lower electrode with a metal having various work functions. It is a structure that provides an advantage that can maximize the degree of integration.
【기술적 해결방법】 Technical Solution
전술한 가술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 기판; 상기 기판의 위에 형성되되 서로 이격되어 전기적으로 분리 배치된 적어도 둘 이상의 하부 전극들로 구성된 하부 전극 어레이 ; 상기 하부 전극들의 사이에 형성되어 하부 전극들을 서로 전기적으로 분리시키는 전극간 절연막; 상기 하부 전극 어레이 및 전극간 절연막의 위에 형성된 하부 게이트 절연막; 상기 하부 게이트 절연막 위에 형성된 채널층; 상기 채널층 위에 형성되되 상기 하부 전극 어레이의 일단에 위치한 하부 전극의 상부에 배치된 소스 전극; 상기 채널층 위에 형성되되 상기 하부 전극 어레이의 타단에 위치한 하부 전극의 상부에 배치된 드레인 전극; 상기 채널층 또는 채널층 및 상기 소스 전극과 드레인 전극 위에 형성된 상부 게이트 절연막; 및 상기 상부 게이트 절연막 위에 형성된 상부 게이트 전극;을 구비한다. A reconfigurable electronic device according to a first aspect of the present invention for achieving the above technical problem comprises a substrate; A lower electrode array formed on the substrate, the lower electrode array comprising at least two lower electrodes spaced apart from each other and electrically separated from each other; An inter-electrode insulating layer formed between the lower electrodes to electrically separate the lower electrodes from each other; A lower gate insulating film formed on the lower electrode array and the inter-electrode insulating film; A channel layer formed on the lower gate insulating layer; A source electrode formed on the channel layer and disposed above the lower electrode positioned at one end of the lower electrode array; A drain electrode formed on the channel layer and disposed on the lower electrode positioned at the other end of the lower electrode array; The channel layer or the channel layer and the source electrode; An upper gate insulating film formed on the drain electrode; And an upper gate electrode formed on the upper gate insulating layer.
전술한 특징에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 기판과 하부 전극들을 전기적으로 격리되도톡 하기 위하여 상기 기판과 하부 전극들의 사이에 형성된 제 1 절연막을 더 구비하는 것이 바람직하다.  The reconfigurable electronic device according to the above features preferably further includes a first insulating film formed between the substrate and the lower electrodes to electrically isolate the substrate and the lower electrodes.
전술한 특징에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 상기 하부 게이트 절연막은 강유전체 물질로 구성되어, 하부 전극들에 인가된 전압에 따라 프로그램 (program) 또는 이레이져 (erase)가 가능하도록 한 것이 바람직하다. ,  In the reconfigurable electronic device according to the above-described feature, the lower gate insulating layer may be made of a ferroelectric material, and may be programmed or erased according to voltages applied to the lower electrodes. ,
전술한 특징에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 상기 하부 게이트 절연막은 적어도 2 층 이상의 절연막들로 구성되되 인접한 층들은 서로 다른 에너지 밴드갭 또는 유전상수를 갖는 물질로 구성된 것을 특징으로 하며, 상기 하부 게이트 절연막을 구성하는 절연막들 중 적어도 한 층의 절연막은 전하를 저장할 수 있는 것이 바람직하다.  In the reconfigurable electronic device according to the above-mentioned feature, the lower gate insulating film is formed of at least two insulating films, and adjacent layers are formed of a material having a different energy bandgap or dielectric constant. It is preferable that at least one of the insulating films constituting the insulating film can store electric charges.
전술한 특징에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 상기 기판은 반도체 물질 또는 도전성 물질로 구성되고, 상기 전자 소자는 상기 기판과 상기 하부 전극 사이에 형성된 제 2 절연막을 더 구비하여 하부 전극들을 기판으로부터 전기적으로 분리시킨 것이 바람직하다.  In the reconfigurable electronic device according to the above features, the substrate is composed of a semiconductor material or a conductive material, the electronic device further comprises a second insulating film formed between the substrate and the lower electrode to electrically lower the lower electrodes from the substrate It is preferable to separate.
전술한 특징에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서 상기 2개의 하부 전극들의 사이의 거리는 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 거리와 동일하고 하부 전극들의 마주보는 가장자리가 소스 및 드레인 전극의 가장 자리와 서로 정렬되게 형성되거나, 상기 하부 전극 사이의 거리가 상기 소스 및 드레인 전극 사이 거리보다 짧게 형성되거나, 상기 2개의 하부 전극들의 사이의 거리는 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 거리보다 넓게 형성될 수 있다.  In the reconfigurable electronic device according to the aforementioned feature, the distance between the two lower electrodes is equal to the distance between the source and drain electrodes, and the opposite edges of the lower electrodes are formed to be aligned with the edges of the source and drain electrodes. Alternatively, the distance between the lower electrodes may be shorter than the distance between the source and drain electrodes, or the distance between the two lower electrodes may be wider than the distance between the source and drain electrodes.
전술한 특징에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 상기 채널층과 상부 게이트 절연막 사이에 이들의 계면 특성을 향상시키기 위한 버퍼층을 더 구비하거나, 상기 채널층의 표면은 화학적 또는 물리적 표면 처리된 것이 바람직하다 .  The reconfigurable electronic device according to the above features may further include a buffer layer for improving their interface characteristics between the channel layer and the upper gate insulating layer, or the surface of the channel layer may be chemically or physically treated.
전술한 특징에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 상기 채널층은 1차원 나노 물질, 2차원 나노물질, 금속 산화물 박막, 실리콘 박막 중 하나로 구성된 것이 바람직하다 . In the reconfigurable electronic device according to the above features, the channel layer is a one-dimensional nanomaterial, two-dimensional nanomaterials, metal oxide thin film, silicon It is preferred to consist of one of the thin films.
본 발명의 제 2 특징은 전술한 재구성 가능한 전자 소자의 동작 방법에 있어서, 하부 전극들에 전압을 인가하여 하부 게이트 절연막이 프로그램 또는 이레이져되도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기 프로그램 또는 이레이져의 정도는 상기 하부 전극들에 인가된 전압의 크기 또는 시간에 의해 결정되도록 하는 것이 바람직하다.  According to a second aspect of the present invention, in the method of operating a reconfigurable electronic device, the lower gate insulating layer may be programmed or erased by applying a voltage to the lower electrodes. It is desirable to be determined by the magnitude or time of the voltage applied to the lower electrodes.
전술한 제 2 특징에 따른 동작 방법에 있어서, 하부 전극들에 인가되는 전압을 조절하여, 소스 전극의 하부에 위치한 하부 게이트 절연막과 드레인 전극의 하부에 위치한 하부 게이트 절연막을 프로그램 또는 이레이져 정도를 달리하거나, 소스 전극의 하부에 위치한 하부 게이트 절연막과 드레인 전극의 하부에 위치한 하부 게이트 절연막 중 하나는 프로그램하고 다른 하나는 이레이져하는 것이 바람직하다.  In the operation method according to the second aspect described above, the voltage applied to the lower electrodes is adjusted so that the lower gate insulating layer positioned below the source electrode and the lower gate insulating layer positioned below the drain electrode are differently programmed or erased. Alternatively, one of the lower gate insulating layer positioned below the source electrode and the lower gate insulating layer positioned below the drain electrode may be programmed and the other may be erased.
전술한 제 2 특징에 따른 동작 방법에 있어서, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 하부에 위치한 두 개의 하부 전극에 같은 전압을 인가하여 프로그램 또는 이레이져를 수행하는 것이 바람직하다.  In the operating method according to the second aspect described above, it is preferable to perform the program or eraser by applying the same voltage to the two lower electrodes disposed under the source electrode and the drain electrode.
전술한 제 2 특징에 따른 동작 방법에 있어서, 상기 하부 전극의 전압을 인가하여 프로그램 또는 이레이져를 수행함에 있어 상기 소스 전극과 드레인 전극에 같은 전압 (0V포함)이 인가될 수 있다.  In the method of operating according to the second aspect, the same voltage (including 0V) may be applied to the source electrode and the drain electrode in the program or erasure by applying the voltage of the lower electrode.
전술한 제 2 특징에 따른 동작 방법에 있어서, 소스 전극과 소스 전극의 아래에 위치한 하부 전극에 인가되는 전압을 조절하여 소스 전극 아래에 위치힌- 채널층에 정공을 유기하고, 드레인 전극과 드레인 전극의 아래에 위치한 하부 전극에 인가되는 전압을 조절하여 드레인 전극의 아래에 위치한 채널층에 전자를 유기하여, p-n 다이오드로 동작시키거나, 소스 전극 및 드레인 전극의 아래에 위치한 하부 전극들에 인가되는 전압을 조절하여 채널층에 전자층 또는 정공층올 유기하여 n형 M0SFET 또는 p형 M0SFET으로 동작시킬 수 있다.  In the operating method according to the second aspect described above, a voltage is applied to the source electrode and the lower electrode positioned below the source electrode to induce holes in the channel layer positioned below the source electrode, and drain and drain electrodes. The voltage applied to the lower electrode positioned below is controlled to induce electrons in the channel layer positioned below the drain electrode to operate as a pn diode or to be applied to the lower electrodes positioned below the source and drain electrodes. By controlling this, the electron layer or the hole layer may be induced in the channel layer to operate as an n-type M0SFET or a p-type M0SFET.
【유리한 효과】 Advantageous Effects
본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 비휘발성 메모리 기능이 탑재되고 하부 전극들을 독립적으로 구성한 것을 특징으로 한다. 이러한 특징에 의해, 본 발명에 따른 전자 소자는, 종래의 재구성 가능 소자에 비해 회로 동작을 위한 배선의 자유도가 높고, 구동의 단순화를 가져올 수 있으며, 비휘발성 메모리기능을 활용해서 소자의 극성을 바꾼 후에 외부에서 인가 전압을 끊어주어도, 바뀐 극성을 그대로 유지할 수 있게 되어 누설전류, 그리고 배선간 전기적 커플링을 현격히 줄일 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 특정 기능을 위해 전자나 정공을 프로그램하거나 이레이져한 후 하부 전극은 전기적으로 플로팅 될 수 있고, 이 경우 상부 게이트 전극이나 소스 또는 드레인 전극에서 보이는 기생용량 성분을 줄일 수 있다. The reconfigurable electronic device according to the present invention is characterized by being equipped with a nonvolatile memory function and independently configuring lower electrodes. Due to this feature, the electronic device according to the present invention can be applied to a conventional reconfigurable device. Compared to this, there is a high degree of freedom of wiring for circuit operation, simplification of driving, and even if the applied voltage is cut off from the outside after changing the polarity of the device by utilizing the nonvolatile memory function, the changed polarity can be maintained as it is. And the electrical coupling between wires can be significantly reduced. In addition, in the reconfigurable electronic device according to the present invention, after programming or erasing electrons or holes for a specific function, the lower electrode may be electrically floated, and in this case, parasitics seen in the upper gate electrode or the source or drain electrode. Dose components can be reduced.
또한, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 회로 구동 시에는 상부 게이트 구조를 사용하고 소자 극성 조절 시에는 하부 전극을 사용하는 구조를 도입함으로써, 소자의 극성 (예컨대, n형 또는 p형)을 변환하는 비휘발성 메모리 효과를 내재한 하부 전극과 실제 소자를 회로로 동작 시킬 때 사용하는 상부 게이트 전극을 서로 독립적으로 다르게 위치시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징으로 인하여, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 회로 동작 시의 구동 전압을 낮추면서도, 비휘발성 메모리 기능을 효과적으로 내재할 수 있게 된다.  In addition, the reconfigurable electronic device according to the present invention adopts a structure in which an upper gate structure is used when driving a circuit and a lower electrode is used to control device polarity, thereby reducing the polarity (eg, n-type or p-type) of the device. The lower electrode having the nonvolatile memory effect to convert and the upper gate electrode used when operating the actual device as a circuit are characterized by being positioned differently from each other independently. Due to this feature, the reconfigurable electronic device according to the present invention can effectively incorporate a nonvolatile memory function while lowering a driving voltage during circuit operation.
또한, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 상부 게이트 절연막의 스케일링올 자유롭게 할 수 있어서, 동작 구동작업을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 극소 채널 영역까지 소자를 구동시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 종래의 재구성 가능 소자의 문제점으로 인식된 Si과 전이 금속과의 실리사이드 형성 공정 시, 정확한 접합 (예컨대, Si과 Ni 실리사이드의 접합)위치의 조절이 공정상으로 힘들어서 기생 용량의 발생과 더불어서 나노 와이어의 채널 부분과 접합 영역을 조절하는. 게이트 전극의 위치를 정확히 조절하기가 힘들고, 이로 인해서 채널 내의 문턱전압을 정확하게 조절하기가 힘들다. 하지만, 본 발명에 따른 전자 소자에서는 하부전극을 먼저 형성하고 후속 절연막 및 채널층을 형성한 후, 하부전극을 기준으로 소스 및 드레인 전극을 정렬하여 형성하기 때문에 정밀한 위치제어가 가능하여, 소자의 면적 최소화는 물론이고성능을 최적화할수 있다.  In addition, the reconfigurable electronic device according to the present invention can freely scale the upper gate insulating film, thereby reducing the operation driving operation and having the advantage of driving the device up to the minimum channel region. On the other hand, in the process of silicide formation between Si and transition metal, which is recognized as a problem of the conventional reconfigurable element, it is difficult to control the exact position of the junction (for example, the junction of Si and Ni silicide) in the process, so that the generation of parasitic capacitance To regulate the channel part and junction area of the wire. It is difficult to accurately adjust the position of the gate electrode, which makes it difficult to accurately adjust the threshold voltage in the channel. However, in the electronic device according to the present invention, since the lower electrode is first formed, the subsequent insulating layer and the channel layer are formed, and then the source and drain electrodes are aligned based on the lower electrode, precise position control is possible, and thus the area of the device is improved. You can optimize performance as well as minimize it.
종래의 재구성 가능 소자는, 요구되는 Schottky 장벽 조절을 위한 독립게이트의 위치가 상부에 존재하도록 구성될 때, 소스와 드레인 사이에 독립 게이트가 존재해야 하므로 , 공정상의 에러 마진을 고려해서 설계되어야 한다. 이러한 이유로 인하여, 재구성 가능 소자는 채널의 길이가 증가하게 되고, 그 결과 집적도를 향상시키기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 독립게이트 역할을 하는 하부 전극을 소스 전극과 드레인 전극의 아래에 위치시킴으로써, 소자의 길이를 줄여 집적도를 향상시킨다. In the conventional reconfigurable device, since the independent gate must exist between the source and the drain when the position of the independent gate for the Schottky barrier adjustment is required to exist on the top, It must be designed. For this reason, the reconfigurable element has a problem that the length of the channel is increased, and as a result, it is difficult to improve the integration. However, the reconfigurable electronic device according to the present invention places the lower electrode serving as an independent gate under the source electrode and the drain electrode, thereby reducing the length of the device and improving the degree of integration.
종래의 재구성 가능소자에서는 독립게이트 전극을 상부에 위치시킴으로써, 개수를 늘리거나 미세 공정으로 구현함에 있어서 한계가 있을 수 있고 따라서 독립된 게이트 전극 수가 통상 3개 이하이다. 이로 인해서, 종래의 재구성 가능 소자는 채널층의 문턱전압을 국소적으로 조절할 수 있는 기능이 부재하여, 국소적으로 전기적인 도핑을 하는 것은 제한된다. 따라서, 종래의 재구성 가능 소자는 채널 내에 국소적으로 전기적인 도핑을 통해서 n-p-n 또는 p-n-p 접합을 구현할 수 있는 기능이 제약되며, 그 결과 다양한 다기능 소자의 구현이 어려운 분제가 있다.  In a conventional reconfigurable device, there may be a limit in increasing the number or implementing a fine process by placing the independent gate electrodes on the upper portion, and thus, the number of independent gate electrodes is usually three or less. As a result, the conventional reconfigurable device lacks a function of locally adjusting the threshold voltage of the channel layer, and thus, locally doping is limited. Therefore, the conventional reconfigurable device is limited in its ability to implement n-p-n or p-n-p junctions through local electrical doping in a channel, and as a result, there is a difficulty in implementing various multifunctional devices.
하지만, 본 발명에 따른 재구성 가능 전자 소자는 채널층 하부에 여러 개의 하부 전극들을 구현할 수 있는 장점이 있다. 각 하부전극과 채널층 사이에 전하를 저장할 수 있는 하부 게이트 절연막이 존재한다. 이러한 장점으로 인하여, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 상기 언급한 국소적인 전기적 도핑이 가능해지고, 그 결과 소자의 유형의 변화 (즉 p-n ^ n-p 다이오드, n 형 p 형) , 채널 길이 변조, diode 로직 등 다양한 다기능 소자 구현이 가능해진다. 또한, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 재구성 가능 회로 구현 시 기능의 다양함과 소자 구동의 자유도 및 집적도를 향상시킬 수 있게 된다.  However, the reconfigurable electronic device according to the present invention has an advantage of implementing a plurality of lower electrodes under the channel layer. There is a lower gate insulating layer capable of storing charge between each lower electrode and the channel layer. Due to these advantages, the reconfigurable electronic device according to the present invention enables local electrical doping as mentioned above, resulting in a change in device type (ie pn ^ np diode, n type p type), channel length modulation, diode Various multifunctional devices such as logic can be realized. In addition, the reconfigurable electronic device according to the present invention may improve the variety of functions, the degree of freedom in driving the device, and the degree of integration when the reconfigurable circuit is implemented.
도 10은 종래 기술에 따른 재구성 가능소자와 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 집적도를 비교하기 위해서 기술된 각 소자들에 대한 단면도들이다. 도 10을 통해, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자가 종래의 소자들에 비해 집적도가 매우 우수함을 쉽게 알 수 있다.  10 is a cross-sectional view of each device described to compare the degree of integration of a reconfigurable device according to the prior art and a reconfigurable electronic device according to the present invention. 10, it can be easily seen that the reconfigurable electronic device according to the present invention has a very high degree of integration as compared to conventional devices.
도 11은 종래 기술에 따른 재구성 가능한 전자 소자들과 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자들에 대하여 각 항목별 특성을 비교 분석한 도표이다. 도 11을 통해, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 기생 저항 성분, 전력 소모, 재구성 가능회로 동작 구현을 위해서 필요한 배선 수ᅳ 다기능 소자의 기능 다양성, 공정상의 정렬, Schot tky 콘택저항의 조절 여부, 끝으로 ID , 2D 소재와의 정합성 등을 포함하는 다양한 소자 특성 관점에서, 다른 종래 기술에 비해 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 성능이 모든 특성 관점에서 큰 장점이 있음을 보여 준다. 【도면의 간단한 설명】 11 is a chart in which the characteristics of each item are compared and analyzed for reconfigurable electronic devices according to the related art and reconfigurable electronic devices according to the present invention. 11, the reconfigurable electronic device according to the present invention is characterized in that the parasitic resistance component, power consumption, and the wiring diversity required for implementing the reconfigurable circuit operation, the functional diversity of the multifunctional device, the process alignment, and the adjustment of the Schot tky contact resistance. In view of various device characteristics including whether or not, ID, 2D material compatibility, etc., it shows that the performance of the reconfigurable electronic device according to the present invention has a great advantage in terms of all characteristics compared to other conventional technologies. [Brief Description of Drawings]
도 1의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 대한 사시도이며, (b)는 (a)의 A-B 방향에 대한 단면도이다.  FIG. 1A is a perspective view of a reconfigurable electronic device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the direction A-B of FIG.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자를 도시한 사시도 및 단면도이다.  2 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a second embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따^ 재구성 가능한 전자 소자를 도시한 사시도 및 단면도이다.  3 is a perspective view and a cross-sectional view showing the reconfigurable electronic device according to the third embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 게 4 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자를 도시한 사시도 및 단면도이다.  4 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a fourth embodiment of the present invention.
도 5의 (a)는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자를 도시한 사시도이며, 도 5의 (b)는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자를 도시한 사시도이다.  5A is a perspective view illustrating a reconfigurable electronic device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a perspective view illustrating a reconfigurable electronic device according to a sixth embodiment of the present invention. to be.
도 6은 본 발명의 제 5 내지 제 8 실시예들에 따른 재구성 가능 소자에 있어서, 하부 전극의 확장성을 보여주는 단면도이다.  6 is a cross-sectional view illustrating the expandability of the lower electrode in the reconfigurable device according to the fifth to eighth embodiments of the present invention.
도 7의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 재구성 가능 소자들에 있어서, 소스 전극과 드레인 전극의 아래에 위치하는 하부 전극들인 GK20)과 GN(22)의 위치에 따른 겹침에 대해서 기술하는 단면도이다.  7 (a) and 7 (b) illustrate the overlapping according to the position of the lower electrodes GK20 and GN 22 in the reconfigurable elements according to the present invention. It is a cross section.
도 8은 본 발명에 따른 재구성 가능 소자들에 있어서, 비휘발성 메모리 기능을 유발하는 하부 게이트 절연막의 구성을 보여주는 도식도이다. 도 9는 본 발명에 따른 재구성 가능 소자에 있어서, 채널층의 구성을 보여주는 대표적인 사시도와 단면도이다.  8 is a schematic view showing the configuration of a lower gate insulating film causing a nonvolatile memory function in the reconfigurable devices according to the present invention. 9 is a representative perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the channel layer in the reconfigurable device according to the present invention.
도 10은 종래 기술에 따른 재구성 가능소자와 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 집적도를 비교하기 위해서 기술된 각 소자들에 대한 단면도들이다.  10 is a cross-sectional view of each device described to compare the degree of integration of a reconfigurable device according to the prior art and a reconfigurable electronic device according to the present invention.
도 11은 종래 기술에 따른 재구성 가능한 전자 소자들과 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자들에 대하여 각 항목별 특성을 비교 분석한 도표이다. 도 12는 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 변형 가능한 소자의 구현 형태를 도시하는 모식도이다. 11 is a chart in which the characteristics of each item are compared and analyzed for reconfigurable electronic devices according to the related art and reconfigurable electronic devices according to the present invention. It is a schematic diagram which shows the implementation form of the deformable element in the reconfigurable electronic element which concerns on this invention.
도 13의 (a) 및 (b)는 각각 종래의 대표적인 재구성 가능소자 및 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자를 도시한사시도들이다.  13A and 13B are perspective views illustrating a conventional representative reconfigurable device and a reconfigurable electronic device according to the present invention, respectively.
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】 [Best form for implementation of the invention]
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다. < 제 1 실시예 〉  Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. First Embodiment
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 1의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 대한 사시도이며, (b)는 (a)의 A-B 방향에 대한 단면도이다.  The configuration of the reconfigurable electronic device according to the first preferred embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 1A is a perspective view of a reconfigurable electronic device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the direction A-B of FIG.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 비휘발성 메모리기능을 가진 하부 전극 기반의 변형 가능소자로서, 기판 ( 1), 하부 전극들 (20 , 22) , 제 1 절연막 ( 10) , 전극간 절연막 ( 11) , 하부 게이트 절연막 (30) , 채널층 (40) , 소스 전극 (50), 드레인 전극 (51), 상부 게이트 절연막 (60), 상부 게이트 전극 (80)을 구비한다.  Referring to FIG. 1, the reconfigurable electronic device according to the present embodiment is a lower electrode-based deformable device having a nonvolatile memory function, and includes a substrate 1, lower electrodes 20 and 22, and a first insulating film ( 10), an inter-electrode insulating film 11, a lower gate insulating film 30, a channel layer 40, a source electrode 50, a drain electrode 51, an upper gate insulating film 60, an upper gate electrode 80 do.
본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 상부 게이트 절연막 (60)은 소스 전극과 드레인 전극이 먼저 형성된 경우 이들과 일부 또는 전부 겹치도록 구성된 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 2개의 하부 전극을 구비하는 것을 특징으로 하며, 또한 상부 게이트 전극 (80)이 소스 전극 및 드레인 전극 (50 , 51)과 정렬되도록 구성된 것을 특징으로 한다. 이하, 본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 각 구성 요소들에 대하여 구체적으로 설명한다 .  In the reconfigurable electronic device according to the present exemplary embodiment, the upper gate insulating layer 60 is configured to overlap some or all of the source and drain electrodes when they are formed first. The reconfigurable electronic device according to the present embodiment is characterized in that it has two lower electrodes, and the upper gate electrode 80 is configured to be aligned with the source electrode and the drain electrode 50, 51. Hereinafter, each component of the reconfigurable electronic device according to the present embodiment will be described in detail.
상기 기판 ( 1)은 절연물질이나 Si 과 같은 반도체 물질로 구성될 수 있다.  The substrate 1 may be made of an insulating material or a semiconductor material such as Si.
상기 하부 전극들은 (20 , 22) 상기 기판 위에 형성되되 전극간 절연막 ( 11)에 의해 일정 거리 이격되어 전기적으로 분리 배치된 두 개의 하부 전극들로 구성된다. 상기 하부 전극들은 기판과도 전기적으로 분리되는 것이 바람직하며, 기판이 반도체 물질 또는 도전성 물질로 구성된 경우, 상기 전자 소자는 상기 기판과 상기 하부 전극 사이에 형성된 제 1 절연막 ( 10)을 더 구비하여 하부 전극들을 기팡으로부터 전기적으로 분리시키는 것이 바람직하다. The lower electrodes 20 and 22 are formed on the substrate, and are formed of two lower electrodes spaced apart by a predetermined distance by the inter-electrode insulating film 11. The lower electrodes are also electrically connected to the substrate. Preferably, the electronic device further comprises a first insulating film 10 formed between the substrate and the lower electrode to electrically separate the lower electrodes from the mold. desirable.
전기적으로 독립된 상기 하부 전극들을 형성하기 위하여, Si 반도체 등으로 구성된 기판 ( 1) 위에 절연막을 증착하거나 또는 기판위에 열산화막을 성장 (oxi dat ion)을 통해서 형성하고, 이 후 상기 절연막 위에 도핑된 실리콘이나 금속 물질을 증착시키고 사진 식각 공정으로 패터닝함으로써, 전기적으로 분리된 하부 전극들을 형성시킬 수 있다. 또한 상기 독립된 하부 전극 (20, 22)들을 형성하기 위하여, 증착 및 후속 식각 공정으로 형성하는 방법 이외에, 사진공정에 의해 패터닝된 사진 감광막 위에 공정 편의성 및 소자의 전기적인 동작 특성을 고려해서 선정된 금속을 증착한 후, 이후 리프트 오프 공정을 통해서 구성될 수도 있다. 이때 하부 전극들의 위치는,후속 공정에서 소스 전극 및 드레인 전극과 정렬되게 형성되거나 소정의 of f set을 가지고 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 하부 게이트 절연막 (30)은 하부 전극들과 전극간 절연막 ( 11)의 위에 형성되며, 하부 전극들에 인가된 전압의 극성에 따라 프로그램 (program) 또는 이레이져 (erase)가 가능하도록 구성된다. 상기 하부 게이트 절연막 (30)은 단일의 강유전체 막으로 구성되거나, 적어도 2층 이상의 절연막들로 구성될 수 있다. 상기 하부 게이트 절연막을 2층 이상의 절연막들로 구성하는 경우, 인접한 층들은 에너지 밴드갭 또는 유전상수가 서로 다른 것으로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 하부 게이트 절연막을 구성하는 절연막들 중 적어도 한 층의 절연막은 전하를 저장할 수 있는 전하 저장층으로 구성하는 것이 바람직하다. In order to form the electrically independent lower electrodes, an insulating film is deposited on a substrate (1) made of Si semiconductor or the like, or a thermal oxide film is formed on the substrate through oxi dat ion, and then doped silicon on the insulating film. However, by depositing a metal material and patterning by a photolithography process, it is possible to form electrically separated bottom electrodes. In addition, in order to form the independent lower electrodes 20 and 22, a metal selected in consideration of process convenience and electrical operation characteristics of the device on a photosensitive photosensitive film patterned by a photolithography process, in addition to a method of forming by a deposition and a subsequent etching process. After the deposition, it may be configured through a lift off process. At this time , the position of the lower electrode , it is preferable to be formed to be aligned with the source electrode and the drain electrode in a subsequent process or have a predetermined of f set. The lower gate insulating layer 30 is formed on the lower electrodes and the inter-electrode insulating layer 11, and is configured to be programmable or erased according to the polarity of the voltage applied to the lower electrodes. The lower gate insulating film 30 may be composed of a single ferroelectric film or at least two insulating films. In the case where the lower gate insulating film is formed of two or more insulating films, adjacent layers may be formed with different energy band gaps or dielectric constants, and at least one of insulating films constituting the lower gate insulating film may be It is preferable to constitute a charge storage layer capable of storing charges.
도 8은 본 발명에 따른 재구성 가능 소자들에 있어서, 비휘발성 메모리 기능을 유발하는 하부 게이트 절연막의 다양한 구성들을 보여주는 도식도이다. 상기 하부 게이트 절연막은 필요에 따라 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 유기재료 (일례, PVDF)나 무기 재료 (일례, PZT) 기반의 강유전체 물질로 구성된 단일 박막층의 분극화 현상을 이용해서 비휘발성 메모리 기능을 내재할 수 있다.  8 is a schematic view illustrating various configurations of a lower gate insulating layer inducing a nonvolatile memory function in reconfigurable devices according to the present invention. If necessary, the lower gate insulating layer is nonvolatile using a polarization phenomenon of a single thin film layer composed of an organic material (eg, PVDF) or an inorganic material (eg, PZT) based ferroelectric material, as shown in FIG. 8A. Memory functions can be inherent.
한편 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이, 하부 전극이 반도체 물질로 형성될 때 , 상기 하부 게이트 절연막은 블록킹 (blocking) 절연막을 열산화막 기반으로 형성하거나 증착된 다양한 유전상수를 갖는 절연막으로 형성할 수 있다. 하부 전극이 금속인 경우 다양한 고유전 절연막을 상기 블록킹 절연막으로 사용할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 8D, the lower electrode is made of a semiconductor material. When formed, the lower gate insulating film may form a blocking insulating film based on a thermal oxide film or an insulating film having various dielectric constants deposited thereon. When the lower electrode is metal, various high dielectric insulating films may be used as the blocking insulating film.
또한, 도 8의 (C)에 도시된 바와 같이 상기 하부 게이트 절연막은 하부 전극 위에, 블록킹 절연막을 형성하고, 상기 형성된 블록킹 절연막 위에 전하 저장층을 형성하여 2층 구조로 구현할 수 있다. 또한, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 하부 게이트 절연막은 상기 2층 구조위에 터널링 절연막을 형성하여 3층 구조로 구현할 수도 있다. 상기 터널링 절연막은 전자나 정공이 하부 게이트 절연막과 채널층의 사이를 터닐링하여 전하 저장층으로 주입될 수 있도록 한다. 전술한 3층 구조는 터널링절연막 /전하저장층 /블톡킹절연막 (일례로 oxide/silicon nitride/oxide, o ide/Hf02/Al203 등)으로 구성할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 8C, the lower gate insulating layer may have a blocking insulating layer formed on the lower electrode, and a charge storage layer may be formed on the formed blocking insulating layer to have a two-layer structure. In addition, as shown in (b) of FIG. 8, the lower gate insulating film may be implemented in a three-layer structure by forming a tunneling insulating film on the two-layer structure. The tunneling insulating layer allows electrons or holes to be injected into the charge storage layer by tunneling between the lower gate insulating layer and the channel layer. The above-described three-layer structure may be composed of a tunneling insulating film, a charge storage layer, and a blocking insulating film (for example, oxide / silicon nitride / oxide, oide / Hf0 2 / Al 2 O 3, etc.).
상기 채널층 (40)은 상기 하부 게이트 절연막 위에 형성되.며, 1차원 나노 물질, 2차원 나노물질, 금속 산화물 박막, 실리콘 박막, m-v족 화합물 반도체 박막, π-νι족 화합물 반도체 박막 중 하나로 구성된 것이 바람직하다. 상기 1차원 나노 물질은 Si 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀 nanoribbon (NR)들을 포함하며, 상기 2차원 나노 물질은 TMDC, phospherene 등을 포함하며, 상기 금속 산화물 박막은 Indium-gallium-zinc-oxide 등을 포함하며, 상기 실리콘 박막은 단결정, 다결정, 또는 비정질 기반의 실리콘 물질의 박막을 포함할 수 있다. 상기 m-v족 화합물 반도체 박막, π-νι 족 화합물 반도체 박막으로는 GaAs, InAs 등이 포함될 수 있다.  The channel layer 40 is formed on the lower gate insulating film, and includes one of a one-dimensional nanomaterial, a two-dimensional nanomaterial, a metal oxide thin film, a silicon thin film, a mv group compound semiconductor thin film, and a π-νι group compound semiconductor thin film. desirable. The one-dimensional nanomaterials include Si nanowires, carbon nanotubes, graphene nanoribbons (NR), the two-dimensional nanomaterials include TMDC, phospherene, etc., and the metal oxide thin film is Indium-gallium-zinc-oxide. And the like, and the silicon thin film may include a thin film of a single crystal, polycrystalline, or amorphous based silicon material. The m-v compound semiconductor thin film and the π-νι compound semiconductor thin film may include GaAs, InAs, or the like.
도 9는 본 발명에 따른 재구성 가능 소자에 있어서, 채널층의 구성을 보여주는 대표적인 사시도와 단면도이다. 도 9를 참조하면, 상기 하부 게이트 절연막의 전하 저장층 위에 채널 물질을 구현할 때, 상향식 (bottom- up) 또는 하향식 (top-down)공정 기술을 활용해서 Si 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀 nanoribbon (NR)과 같은 1차원 나노 물질 기반의 1차원 채널층 또는 TMDC, phospherene와 같은 2차원 나노 물질 기반의 반도체 층을 적층해서 구현하거나, 다른 대안으로 얇은 박막 (thin film) 기반의 단결정, 다결정, 또는 비정질 기반의 실리콘재료나 산화물 반도체 재료 (일례: Indium— gal 1 iutn— zinc— oxide, a一 Si)를 sputtering 또는 ALD 기반으로 증착해서 구현할 수 있다. 도 9의 (a)는 채널층 구현을 위한 일례로서, 대표적인 1D 채널층인 반도체형 탄소나노튜브 (semi conduct ing s ingle wal led carbon nanotubes ; s-SWNTs)이 적용된 재구성 가능 소자의 예시이다. 도 9의 (b)는 2D 소재인 그래핀 단일층을 나노패터닝 기술을 활용하거나, 또 다른 형태의 그래핀 나노리본 구현 방법을 활용하여 채널층으로 도입한 한 예이,다. 도 9의 (c)는 2D 재료를 채널층으로 적용한 소자의 형태이며, 2D 채널층은 에너지 밴드갭이 있는 재료를 사용해서 구현이 가능하다. 일례로서, TMDC(trans i t ionmetal di chacogenides; MoS2 , WSe2 , WS2) , phosphorene 등이 될 수 있다. 9 is a representative perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the channel layer in the reconfigurable device according to the present invention. Referring to FIG. 9, when the channel material is implemented on the charge storage layer of the lower gate insulating layer, Si nanowires, carbon nanotubes, and graphene nanoribbon may be utilized by using a bottom-up or top-down process technology. It can be realized by stacking a one-dimensional channel layer based on one-dimensional nanomaterials such as (NR) or a semiconductor layer based on two-dimensional nanomaterials such as TMDC and phospherene, or alternatively, thin film based single crystals, polycrystals, Or sputtering amorphous silicon or oxide semiconductor materials (eg Indium gal 1 iutn zinc oxide, a Si) Can be implemented based on the deposition. FIG. 9A illustrates an example of a reconfigurable device to which a semiconducting carbon nanotubes (s-SWNTs), which is a representative 1D channel layer, is applied as an example for implementing a channel layer. FIG. 9 (b) is an example of introducing a single layer of graphene, a 2D material, into a channel layer using nanopatterning technology or using another method of implementing graphene nanoribbons. FIG. 9C illustrates a device in which 2D material is applied as a channel layer, and the 2D channel layer may be implemented using a material having an energy band gap. For example, it may be TMDC (trans it ionmetal di chacogenides; MoS 2 , WSe 2 , WS 2 ), phosphorene, or the like.
상기 소스 전극 (50)과 상기 드레인 전극 (51)은 일부 또는 전부가 상기 채널층 위에 형성된다. 상기 소스 전극과 드레인 전극의 가장자리는, 상기 하부 전극들과 정렬되도록 하기 위하여 하부 전극들의 마주 보는 가장자리들과 서로 정렬되도록 형성되거나, 소스 전극과 드레인 전극의 일부 또는 전부가 하부 전극들과 정렬되게 형성되거나 of fest을 가지고 형성된다.  Some or all of the source electrode 50 and the drain electrode 51 are formed on the channel layer. The edges of the source electrode and the drain electrode may be formed to be aligned with the opposite edges of the lower electrodes so as to be aligned with the lower electrodes, or some or all of the source electrode and the drain electrode may be aligned with the lower electrodes. Or formed with of fest.
상기 상부 게이트 절연막 (60)은 상기 채널층 위에 형성되되, 상기 소스 전극과 드레인 전극의 일부 또는 전부와 겹치도록 형성된다.  The upper gate insulating layer 60 is formed on the channel layer and overlaps some or all of the source electrode and the drain electrode.
상기 상부 게이트 절연막 (60)을 상기 채널층 위에 구현함에 있어서, 채널층을 구성하는 1D 또는 2D 나노재료 기반의 반도체층과 상부 게이트 절연막 사이에 존재할 수 있는 계면 전하 트램으로 인한 소자 특성 열화를 방지하기 위해서, 채널층의 상부 표면에 02, N2 , Ar 플라즈마 처리와 같은 화학적 또는 물리적 표면 처리 공정을 수행한 후, 채널층위에 상기 상부 게이트 절연막을 형성하는 것이 바람직하다. Implementing the upper gate insulating layer 60 on the channel layer to prevent deterioration of device characteristics due to an interfacial charge tram that may exist between the 1D or 2D nanomaterial-based semiconductor layer constituting the channel layer and the upper gate insulating layer. In order to perform the chemical or physical surface treatment process such as 0 2 , N 2 , Ar plasma treatment on the upper surface of the channel layer, it is preferable to form the upper gate insulating film on the channel layer.
상기 상부 게이트 절연막 (60)은 저전압 구동을 위해서 통상적인 고유전체 물질로 구성된 단일층 또는 유전상수가 서로 다른 2층 이상의 물질로 구현될 수 있다. 상기 상부 게이트 절연막 형성 후 채널층의 문턱전압에 영향을 줄 수 있는 인자를 고려해서 금속의 종류를 선택하고, 그 위에 기생정전용량올 최소화시키기 위하여 소스 전극 및 드레인 전극과 겹침이 없이 증착하여 구성하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 상부 게이트 절연막을 사이에 두고 채널충은 물론이고 소스 및 드레인 전극과 일부 겹치도록 구현할 수 있다. 이때, 투명 또는 불투명한 금속 재료로 형성된 상부 게이트 전극은 다양한 공정으로ᅳ 구현될 수 있는데, 그 예로서 전자빔 진공증착 (e— beam evaporat ion) 및 l i ft of f 공정을 활용하거나, 또는 진공증착이나 스퍼터링 공정을 활용하여 금속을 형성 후, 기존의 패터닝 공정을 통해 구현될 수 있다. 상기 구조의 소자에 있어서, 상부 게이트 전극은 회로의 주요 동작을 조절하는 구동 게이트 전압의 인가 단자로 사용되며, 독립적으로 구성된 하부 전극은 Schot tky barr i er의 전위 장벽이나 문턱전압을 조절하거나, 또는 단위 소자 및 회로의 동작을 결정하는 주요 게이트 전극소자로 사용할 수 있다. The upper gate insulating layer 60 may be formed of a single layer composed of a conventional high dielectric material or two or more layers having different dielectric constants for low voltage driving. Formed by the upper gate insulating film is then formed in consideration of the factors that may affect the threshold voltage of the i-channel layer, select the type of the metal, deposited without the source electrode and the drain electrode and overlapping so as to their minimum over the parasitic capacitance ol It is desirable to. In some cases, the upper gate insulating layer may be interposed to partially overlap the source and drain electrodes as well as the channel charge. At this time, the transparent or opaque metal material The formed upper gate electrode may be implemented by various processes, for example, by using an electron beam evaporat ion and a li ft of f process, or after forming a metal using a vacuum evaporation or sputtering process. It can be implemented through the existing patterning process. In the device of the above structure, the upper gate electrode is used as an application terminal of the driving gate voltage to control the main operation of the circuit, the lower electrode independently configured to adjust the potential barrier or threshold voltage of Schot tky barr i er, or It can be used as a main gate electrode device for determining the operation of unit devices and circuits.
상기 상부 게이트 전극 (80)은 상기 상부 게이트 절연막 위에 형성된다. 상기 상부 게이트 전극 (80)은 서로 마주 보는 소스 전극 (50)과 드레인 전극 (51) 사이의 채널층 위에 게이트 절연막을 사이에 두고 형성될 수 있다.  The upper gate electrode 80 is formed on the upper gate insulating film. The upper gate electrode 80 may be formed with a gate insulating layer interposed between the source electrode 50 and the drain electrode 51 facing each other.
【발명의 실시를 위한 형태】 [Form for implementation of invention]
<제2 실시예 >  Second Embodiment
이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자를 도시한 사시도 및 단면도이다.  Hereinafter, the configuration of the reconfigurable electronic device according to the second embodiment of the present invention will be described in detail. 2 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a second embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 비휘발성 메모리기능을 가진 하부 전극 어레이 기반의 변형 가능소자로서, 제 1 실시예와 마찬가지로 기판 ( 1), 하부 전극들 (20 , 22) , 제 1 절연막 ( 10), 전극간 절연막 ( 11 ) , 하부 게이트 절연막 (30) , 채널층 (40) , 소스 전극 (50) , 드레인 전극 (51), 상부 게이트 절연막 (60) , 상부 게이트 전극 (80)을 구비한다.  The reconfigurable electronic device according to the present embodiment is a lower electrode array-based deformable device having a nonvolatile memory function. The substrate 1, the lower electrodes 20 and 22, and the first insulating film are the same as the first embodiment. 10, the inter-electrode insulating film 11, the lower gate insulating film 30, the channel layer 40, the source electrode 50, the drain electrode 51, the upper gate insulating film 60, the upper gate electrode 80 Equipped.
본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 2개의 하부 전극을 구비한 것을 특징으로 한다. 또한, 본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 상부 게이트 절연막 (60)은 소스 전극과 드레인 전극의 일부 또는 전체 영역과 겹치도록 구성된 것을 특징으로 한다. 또한, 상부 게이트 전극 (80)이 상부 게이트 절연막 위에 형성됨으로써, 상부 게이트 전극 (80)이 상부 게이트 절연막을 개재하여 소스 전극 및 드레인 전극 (50, 51 )의 일부 영역과 겹치도톡 구성된 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 상부 게이트 절연막 (60) 및 상부 게이트 전극 (80)을 제외한 구성 요소들은 제 1 실시예의 그것들과 동일한 구성으로 이루어진다. < 게 3 실시예 > The reconfigurable electronic device according to the present embodiment is characterized by having two lower electrodes. In addition, in the reconfigurable electronic device according to the present embodiment, the upper gate insulating layer 60 is configured to overlap a part or the entire area of the source electrode and the drain electrode. In addition, the upper gate electrode 80 is formed on the upper gate insulating film, so that the upper gate electrode 80 is overlapped with a portion of the source electrode and the drain electrode 50, 51 via the upper gate insulating film. do. The components except for the upper gate insulating film 60 and the upper gate electrode 80 of the reconfigurable electronic device according to this embodiment have the same configuration as those of the first embodiment. <Crab 3 Example>
이하, 본 발명의 게 3 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자를 도시한 사시도 및 단면도이다.  Hereinafter, the configuration of the reconfigurable electronic device according to the third embodiment of the present invention will be described in detail. 3 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a third embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 비휘발성 메모리기능을 가진 하부 전극 어레이 기반의 변형 가능소자로서, 기판 ( 1), 하부 전극들 (20, 22) , 제 1 절연막 ( 10), 전극간 절연막 ( 11) , 하부 게이트 절연막 (30) , 채널층 (40) , 소스 전극 (50) , 드레인 전극 (51) , 상부 게이트 절연막 (60), 상부 게이트 전극 (80) 및 버퍼층 (70)을 구비한다.  The reconfigurable electronic device according to the present exemplary embodiment is a lower electrode array-based deformable device having a nonvolatile memory function, and includes a substrate 1, lower electrodes 20 and 22, a first insulating film 10, and an electrode between electrodes. An insulating film 11, a lower gate insulating film 30, a channel layer 40, a source electrode 50, a drain electrode 51, an upper gate insulating film 60, an upper gate electrode 80 and a buffer layer 70. do.
본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 두 개의 하부전극구조 (20, 22)를 가지는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 채널층 (40)과 상부 게이트 절연막 (60)의 사이의 버퍼층 (70)을 구비하고, 상부 게이트 전극 (80)이 소스 전극 (50)과 드레인 전극 (51)과 겹침 없이 정렬된 것을 특징으로 한다. The reconfigurable electronic device according to the present embodiment is characterized by having two lower electrode structures 20 and 22. In addition, the reconfigurable electronic device according to the present exemplary embodiment includes a buffer layer 70 between the channel layer 40 and the upper gate insulating layer 60, and the upper gate electrode 80 includes the source electrode 50 and the drain electrode. It is characterized in that it is aligned with (51) without overlap.
본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 버퍼층 (70)을 제외한 구성 요소들은 제 1 실시예의 그것들과 동일한 구성으로 이루어진다. 상기 버퍼층 (70)은 채널층 (40)과 상부 게이트 절연막 (60)의 계면 특성을 향상시키기 위하여, 채널층과 상부 게이트 절연막의 사이에 형성된다. 상기 버퍼층은 유기재료나 무기 재료 (일례, spin on gl ass (SOG) , SU8 (epoxy-based negat ive photoresi st ) , Octadecyl tr i chloros i l ane (OTS) , octadecanethi ol (0DT) )로 구성될 수 있다.  In the reconfigurable electronic device according to the present embodiment, the components except for the buffer layer 70 have the same configuration as those of the first embodiment. The buffer layer 70 is formed between the channel layer and the upper gate insulating film in order to improve the interface characteristics of the channel layer 40 and the upper gate insulating film 60. The buffer layer may be composed of an organic material or an inorganic material (e.g., spin on glass as SOG, epoxy-based negative photoresi st), Octadecyl tr i chloros il ane (OTS), and octadecanethi ol (0DT). have.
상기 상부 게이트 절연막 (60)을 상기 채널층 위에 구현함에 있어서, 채널층을 구성하는 1D 또는 2D 나노재료 기반의 반도체층과 상부 게이트 절연막 사이에 존재할 수 있는 계면 전하 트랩으로 기인하는 소자 특성 열화를 방지하기 위해서 유기재료나 무기 재료 기반의 버퍼층을 채널층의 표면에 형성한 후, 상기 상부 게이트 절연막을 버퍼층위에 형성하는 것이 바람직하다. 상기 상부 게이트 절연막 (60)은 저전압 구동을 위해서 통상적인 높은 유전상수를 갖는 고유전체 물질을 상기 버퍼층위에 일례로 atomi c layer depos i t i on(ALD)나 스퍼터링 공정을 활용해서 구현할 수 있다. <제4 실시예 > Implementing the upper gate insulating layer 60 on the channel layer prevents deterioration of device characteristics due to an interface charge trap that may exist between the 1D or 2D nanomaterial-based semiconductor layer constituting the channel layer and the upper gate insulating layer. For this purpose, it is preferable to form a buffer layer based on an organic material or an inorganic material on the surface of the channel layer, and then form the upper gate insulating layer on the buffer layer. The upper gate insulating layer 60 may be implemented using atomi c layer depos it on (ALD) or a sputtering process on the buffer layer, for example, a high dielectric material having a high dielectric constant, which is conventional for low voltage driving. Fourth Example
이하, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자를 도시한 사시도 및 단면도이다.  Hereinafter, the configuration of the reconfigurable electronic device according to the fourth embodiment of the present invention will be described in detail. 4 is a perspective view and a cross-sectional view of a reconfigurable electronic device according to a fourth embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 비휘발성 메모리기능을 가진 하부 전극 어레이 기반의 변형 가능소자로서 , 기판 ( 1) , 하부 전극들 (20, 22) , 제 1 절연막 ( 10) , 전극간 절연막 ( 11) , 하부 게이트 절연막 (30), 채널층 (40), 소스 전극 (50), 드레인 전극 (51), 상부 게이트 절연막 (60), 상부 게이트 전극 (80) 및 버퍼층 (70)을 구비한다.  The reconfigurable electronic device according to the present embodiment is a lower electrode array-based deformable device having a nonvolatile memory function, and includes a substrate 1, lower electrodes 20 and 22, a first insulating film 10, and an electrode between electrodes. An insulating film 11, a lower gate insulating film 30, a channel layer 40, a source electrode 50, a drain electrode 51, an upper gate insulating film 60, an upper gate electrode 80, and a buffer layer 70. do.
본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 두 개의 하부전극 (20, 22 )를 가지는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 채널층 (40)과 상부 게이트 절연막 (60)의 사이의 버퍼층 (70)을 구비한 것을 특징으로 한다. 또한, 본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서 , 상부 게이트 절연막 (60)은 소스 전극과 드레인 전극의 일부 영역과 겹치도록 구성된 것을 특징으로 한다. 또한, 상부 게이트 전극 (80)이 상부 게이트 절연막 위에 형성됨으로써, 상부 게이트 전극 (80)이 상부. 게이트 절연막을 개재하여 소스 전극 및 드레인 전극 (50, 51)의 일부 영역과 겹치도록 구성된 것을 특징으로 한다.  The reconfigurable electronic device according to the present embodiment is characterized by having two lower electrodes 20 and 22. In addition, the reconfigurable electronic device according to the present embodiment is characterized by including a buffer layer 70 between the channel layer 40 and the upper gate insulating film 60. In addition, in the reconfigurable electronic device according to the present exemplary embodiment, the upper gate insulating layer 60 is configured to overlap some regions of the source electrode and the drain electrode. In addition, the upper gate electrode 80 is formed on the upper gate insulating film so that the upper gate electrode 80 is upper. It is characterized in that it is comprised so that it may overlap with the some area | region of the source electrode and the drain electrode 50 and 51 via a gate insulating film.
본 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자에 있어서, 버퍼층 (70)을 제외한 구성 요소들은 게 2 실시예의 그것들과 동일한 구성으로 이루어지며, 상기 버퍼층 (70)은 제 3 실시예의 버퍼층과 동일한 구성으로 이루어진다.  In the reconfigurable electronic device according to the present embodiment, the components except for the buffer layer 70 have the same configuration as those of the second embodiment, and the buffer layer 70 has the same configuration as the buffer layer of the third embodiment.
<제5 내지 제 8 실시예 > <5th to 8th Example>
이하, 본 발명의 제 5 내지 제 8 실시예들에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 5의 (a)는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 재구성 가능한 전자 소자를 도시한 사시도이며, 도 5의 (b)는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 재구성 가능한 전자소자를 도시한사시도이다. 거 15 내지 제 8 실시예들에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 각각 전술한 게 1 내지 제 4 실시예들에 따른 전자 소자들의 하부 전극들이 하부 전극 어레이의 형태로 구성된 것을 특징으로 한다. Hereinafter, the configuration of the reconfigurable electronic device according to the fifth to eighth embodiments of the present invention will be described in detail. 5A is a perspective view showing a reconfigurable electronic device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a perspective view showing a reconfigurable electronic device according to a sixth embodiment of the present invention. to be. The reconfigurable electronic device according to the above 15 to 8 embodiments is characterized in that the lower electrodes of the electronic devices according to the first to fourth embodiments are configured in the form of a lower electrode array.
제 5 내지 제 8 실시예들에 따른 재구성 가능한 전자 소자들은, 제 1 내지 제 4 실시예들과는 달리, 적어도 세 개 이상의 하부전극 (20, 21 , 22)들로 구성된 하부 전극 어레이를 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 실시예들에 따른 재구성 가능한 전자 소자들은 적어도 세 개 이상의 하부 전극들을 갖는 하부 전극 어레이를 구비하며, 하부 전극 어레이의 일단에 위치한 하부 전극의 상부에 소스 전극이 배치되고, 타단에 위치한 하부 전극의 상부에 드레인 전극이 배치된 것을 특징으로 한다.  Reconfigurable electronic devices according to the fifth to eighth embodiments, unlike the first to fourth embodiments, have a lower electrode array composed of at least three lower electrodes 20, 21, 22. It is done. That is, the reconfigurable electronic devices according to the present exemplary embodiments include a lower electrode array having at least three lower electrodes, a source electrode disposed on an upper portion of the lower electrode positioned at one end of the lower electrode array, and a lower portion positioned at the other end. A drain electrode is disposed above the electrode.
제 5 내지 제 8 실시예에 따라, 상기 하부 전극 어레이가 3개 이상의 하부전극들로 구성되면, 상기 하부 전극 어레이의 양단에 각각 위치한 하부 전극들을 제외한 나머지의 하부 전극들은 채널의 문턱 전압을 조정하기 위하여 사용되는 것이 바람직하다.  According to the fifth to eighth embodiments, when the lower electrode array is composed of three or more lower electrodes, the remaining lower electrodes except for the lower electrodes respectively positioned at both ends of the lower electrode array may adjust the threshold voltage of the channel. To be used.
도 6은 본 발명의 제 5 내지 제 8 실시예들에 따른 재구성 가능 소자에 있어서, 하부 전극 어레이의 확장성을 보여주는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 하부 전극 어레이에 있어서, 소스 전극 (50) 아래에 위치한 전극을 GK20)이라고 지칭하면 순차적으로, G2(21) , G3(23) , G4(24) , G5(25) , GN(22)로 확장 가능한 소자의 구조를 보여 주고 있다. 이때 독립된 하부 전극들 간의 이격거리를 Ls로 정의하고, Ls는 공정적으로 이격된다.  6 is a cross-sectional view illustrating the expandability of the lower electrode array in the reconfigurable device according to the fifth to eighth embodiments. Referring to FIG. 6, in the lower electrode array, an electrode located below the source electrode 50 may be referred to as GK20 in order to sequentially include G2 (21), G3 (23), G4 (24), G5 (25), and the like. The structure of the device expandable to the GN 22 is shown. At this time, the separation distance between independent lower electrodes is defined as Ls, and Ls is fairly spaced apart.
도 7의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 재구성 가능 소자들에 있어서, 소스 전극과 드레인 전극의 아래에 위치하는 하부 전극들인 GK20)과 GN(22)의 위치에 따른 겹침에 대해서 기술하는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 재구성 가능 소자들의 모든 실시예에 있어서, 하부전극들 (G1 , GN)의 위치가 소스 전극과 드레인 전극과 겹치면서, 채널층과도 겹침을 가지는 구조이다. 이때 A 지점은 소스 전극 아래의 하부 전극인 Gl(20) 구성에서 오른쪽 가장자리 위치로 정의되며, B지점은 소스 전극 (50)의 오른쪽 가장자리 위치로 정의된다. 도 7의 (a)에서는 하부전극 GK20)이 소스 전극보다 더 오른쪽으로 확장하여 형성됨으로써, 방향에서 A가 B보다 더 길게 형성되어 A-B > 0이 된다. 이 경우, 상기 상부 게이트 전극은 정렬관점에서 상기 소스 전극과 겹치지 않고 상기 하부전극 G1과 일부 겹치도록 하여 소스 및 드레인 전극과 게이트 전극 사이의 기생용량 성분을 즐일 수 있다. 이 상황에서, 드레인 전극의 왼쪽 가장자리에 비해 하부전극 GN의 왼쪽 가장자리가 더 왼쪽으로 확장되어 있다. 7 (a) and 7 (b) illustrate the overlapping according to the position of the lower electrodes GK20 and GN 22 in the reconfigurable elements according to the present invention. It is a cross section. Referring to FIG. 7, in all embodiments of the reconfigurable elements according to the present invention, the positions of the lower electrodes G1 and GN overlap the source electrode and the drain electrode, and also overlap the channel layer. In this case, the point A is defined as the right edge position in the configuration of Gl 20, the lower electrode under the source electrode, and the point B is defined as the right edge position of the source electrode 50. In FIG. 7A, the lower electrode GK20 is formed to extend further to the right than the source electrode, whereby A is formed longer than B in the direction so that AB> 0. In this case, the upper gate electrode The parasitic capacitance component between the source and drain electrodes and the gate electrode may be enjoyed by partially overlapping the lower electrode G1 without overlapping the source electrode in an alignment viewpoint. In this situation, the left edge of the lower electrode GN extends to the left more than the left edge of the drain electrode.
도 7의 (b)는 재구성 가능 소자 (유형 1 , 2, 3 , 4, 5 , 6 모두 포함)에서 GU20)과 GN(22)의 위치에 따른 겹침에 대해서 기술 하는 단면도이다. 도 7의 (b)에서는 소스 전극이 하부 전극 G1 보다 더 오른쪽으로 확장하여 형성됨으로써, + 방향에서 A보다 더 길게 형성되어 A-B < 0이 된다. 이 경우, 상기 상부 게이트 전극과 상부 게이트 절연막을 두고 겹치게 형성된 채널층에 하부 전극이 영향을 주지 않는 특징이 있다. 즉, 하부 전극의 프로그램 및 이레이져 동작에 따른 영향은 정렬관점에서 상기 소스 전극 아래에 있는 채널층에만 영향을 주게 된다. 이 상황에서 드레인 영역 부근을 보면 하부 전극 GN의 왼쪽 가장자리에 비해 드레인 전극의 왼쪽 가장자리가 더 왼쪽으로 확장되어 있다. 소스 부근에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.  FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating the overlap depending on the positions of the GU20 and the GN 22 in the reconfigurable elements (including the types 1, 2, 3, 4, 5, and 6). In FIG. 7B, the source electrode is formed to extend to the right side than the lower electrode G1, so that the source electrode is formed longer than A in the + direction, whereby A-B <0. In this case, the lower electrode does not affect the channel layer formed by overlapping the upper gate electrode and the upper gate insulating layer. That is, the influence of program and eraser operation of the lower electrode affects only the channel layer under the source electrode in terms of alignment. In this situation, looking near the drain region, the left edge of the drain electrode extends to the left more than the left edge of the lower electrode GN. The description about the source vicinity can be applied as it is.
본 발명에 따른 재구성 가능 소자들의 모든 실시예에 있어서, 소스 전극과 드레인 전극의 하부에 각각 형성된 두 개의 하부 전극들 사이의 거리는 상기 소스 전극과 드레인 전극의 거리보다 짧게 형성하여 유효채널길이가 줄어들게 하거나, 소스 전극과 드레인 전극의 거리보다 길게 형성하여 유효채널길이가 늘어나게 할 수 있다. 따라서, 상기 두 개의 하부 전극들 사이의 거리는 전자 소자의 유효 채널 길이에 따라 설정될 수 있을 것이다.  In all embodiments of the reconfigurable elements according to the present invention, the distance between two lower electrodes respectively formed under the source electrode and the drain electrode is shorter than the distance between the source electrode and the drain electrode to reduce the effective channel length. The effective channel length can be increased by forming longer than the distance between the source electrode and the drain electrode. Therefore, the distance between the two lower electrodes may be set according to the effective channel length of the electronic device.
< 제조 공정 > <Manufacturing process>
전술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 금속 또는 고농도로 도핑된 Si 재료를 기반으로 하여, 두 개 이상의 독립적으로 구성된 하부 전극 구조를 갖고, 하부에 각각 형성된 상기 두 개의 하부 전극 사이의 거리는 소스 전극과 드레인 전극의 거리보다 짧게 형성하여 유효채널길이가 줄어들게 하거나, 또는 소스 전극과 드레인 전극의 거리보다 길게 형성하여 유효채널길이가 길어지게 할 수 있는 소자 구조를 갖고 있다. 뿐만 아니라, 일부 채널층이 겹칠 수 있도록 사진 공정에 의한 정렬을 기반으로 형성한다. 상기 하부 전극 위에 비휘발성 메모리 기능을 유기하기 위하여 하부 게이트 절연막을 형성하는데, 상기 하부 게이트 절연막은 유기물 또는 무기물 기반의 단일층으로 구성하거나, 두 충 이상의 절연막들로 구성할 수 있다. 상기 하부 게이트 절연막을 두 층 이상의 절연막들로 구성하는 경우, 서로 인접한 충은 에너지 밴드갭과 유전상수가 서로 다른 것을 특징으로 한다. The reconfigurable electronic device according to the present invention having the above-described structure has two or more independently configured lower electrode structures based on a metal or a heavily doped Si material, and between the two lower electrodes formed below each other. Has a device structure that is formed to be shorter than the distance between the source and drain electrodes to reduce the effective channel length, or to be longer than the distance between the source and drain electrodes to lengthen the effective channel length. In addition, some photos can be overlapped Form based on alignment by process. A lower gate insulating film is formed on the lower electrode to induce a nonvolatile memory function. The lower gate insulating film may be formed of a single layer based on an organic material or an inorganic material, or may be formed of two or more insulating films. When the lower gate insulating layer is formed of two or more insulating layers, adjacent charges may have different energy band gaps and dielectric constants.
상기 하부 게이트 절연막 위에 하향식 또는 상향식 공정 플랫폼을 활용해서 형성된 1 차원 ( 1 dimens ional ; ID) 구조의 채널 물질 (Si , ΙΠ-VNW, SWNTs , - graphene nanor ibbon 등) 또는 2 차원 (2D) 채널 물질 (TMDC: Μο¾ , WSe2 , W¾ , phosphor ene 등)과 같은 에너지 밴드갭이 있는 반도체 재료를 위치시켜 채널층을 형성한다. 또한 금속 산화물 박막이나 반도체 박막을 채널층으로 사용할 수 있다. One-dimensional (1 dimens ional; ID) structured channel material (Si, ΙΠ-VNW, SWNTs,-graphene nanor ibbon, etc.) or two-dimensional (2D) channel material formed on the lower gate insulating layer using a top-down or bottom-up process platform. A channel layer is formed by placing a semiconductor material with an energy bandgap (TMDC: Μο¾, WSe 2 , W¾, phosphor ene, etc.). In addition, a metal oxide thin film or a semiconductor thin film can be used as the channel layer.
다음, 상기 채널층 위에 소스 /드레인 전극을 사진 공정을 통해서 하부 전극과 정렬시켜 형성하되, 소스 전극과 드레인 전극은 채널층을 구성하는 물질과 일함수 관점의 정합성올 고려해서 선정된 금속으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 형성된 채널층과 소스 /드레인 전극 구조위에 상부 채널 물질과 상호 정합성이 있는 상부 게이트 절연막을 형성한다. 이 때, 필요시 계면 특성 제어를 위한 유기 또는 무기 물질 기반의 재료를 적층시켜 버퍼층을 형성하거나 또는 반도체 공정을 활용하여 표면처리 (일례: 02 또는 N2 또는 Pl asma 처리)를 진행한 후, 상기 채널층 위에 고유전율 (일례: Hf02 , AI2O3 , Τί02 ) Zr02 l SiNx 등) 특성을 가지는 상부 게이트 절연막을 형성한다. 상기 형성된 상부 게이트 절연막 위에 상부 게이트 전극을 형성한다. 상기 상부 게이트 전극은 일함수를 고려한 투명하거나, 불투명한 전도성이 높은 유기 및 무기 재료로 구성되며, 소스 전극과 드레인 전극과의 겹침을 고려해서 형성한다. 상기 상부 게이트 전극은 기생 성분과 소자 동작 환경을 고려하여, 소스 전극과 드레인 전극의 사이의 이격거리인 채널층과 완전히 정렬되는 구조를 가지는 구조로 구현되거나, 상기 채널층 영역 모두 포함하면서 소스 전극과 드레인 전극의 일부 영역을 동시에 겹칠 수 있는 구조로 구현될 수 있다. Next, a source / drain electrode is formed on the channel layer by aligning the lower electrode with a photographic process, wherein the source electrode and the drain electrode are made of a metal selected in consideration of the material constituting the channel layer and the consistency of the work function. It is preferable. An upper gate insulating layer is formed on the formed channel layer and the source / drain electrode structure to be compatible with the upper channel material. At this time, if necessary, after forming an organic or inorganic material based material for controlling interfacial properties to form a buffer layer or performing a surface treatment using a semiconductor process (for example, 0 2 or N 2 or Pl asma treatment), An upper gate insulating layer having a high dielectric constant (eg, Hf0 2 , AI 2 O 3 , Τί0 2) Zr0 2 1 SiN x, etc. is formed on the channel layer. An upper gate electrode is formed on the formed upper gate insulating layer. The upper gate electrode is made of a transparent or opaque organic and inorganic material having high work function, and is formed in consideration of the overlap between the source electrode and the drain electrode. The upper gate electrode may be embodied in a structure that is completely aligned with a channel layer that is a distance between the source electrode and the drain electrode in consideration of parasitic components and device operating environments, or includes both the channel layer region and the source electrode. It can be implemented in a structure that can overlap a portion of the drain electrode at the same time.
상기 재구성 가능 소자는 독립적으로 전압을 인가할 수 있는 하부 전극 게이트 어레이에 독립적으로 인가된 전압을 통해서 소스 /드레인 전극 아래의 Schot tky 장벽을 조절해서 재구성 가능소자의 특성을 구현한다. 상기 언급한 Schottky 장벽을 조절하기 위해서 소스 전극 /드레인 전극과 선정된 하부 전극에 인가된 프로그램 /이레이져 동작을 통해서 비휘발성 메모리 기능을 갖는 하부 게이트 절연막의 전하저장층에 전하를 주입시켜서 전위 장벽을 조절한다. The reconfigurable element is a source / drain electrode through a voltage applied independently to the lower electrode gate array capable of applying a voltage independently The following Schot tky barrier is adjusted to implement the characteristics of the reconfigurable device. In order to control the Schottky barrier mentioned above, the potential barrier is formed by injecting charge into the charge storage layer of the lower gate insulating film having the nonvolatile memory function through a program / eraser operation applied to the source electrode / drain electrode and the selected lower electrode. Adjust
기존의 재구성 가능 소자의 동작 구현을 위해 필요한 소자의 전극 수가 증가함은 실제 회로 구현해서 큰 걸림돌이 된다. 상기 문제를 해결하기 위해서, 독립적인 전압인가가 가능한 하부전극을 구비하고 전하저장층에 프로그램 또는 이레이져를 수행하여 비휘발성 메모리 기능이 가능하도록 해서, Schot tky 전위 장벽을 조절할 수 있도록 한다. 이 경우, 비록 게이트 전압을 더 이상 인가하지 않더라도 전위 장벽이 조절됨으로 재구성 가능소자 및 회로의 구동에 있어 배선을 효과적으로 구현할 수 있다. 특허문헌 1에 개시된 종래의 재구성 가능 소자는 상부 게이트 전극 구조를 기반으로 비휘발성 메모리 기능을 내재하고, 같은 게이트 절연막을 활용해서 소자의 전기적 동작을 조절하게 된다. 이 구조에서는 전하 저장층이 상부 게이트 절연막에 있고, 여기에 전자나 정공이 주입되어 있는데, 통상의 동작조건에서 원치 않게 이들 전하가 빠져나가거나 들어오는 경우가 발생할 수 있어 신뢰성의 문제가 발생한다. 본 발명에서는 프로그램 및 이레이져를 위해 하부 전극이 준비되어 있고, 통상의 동작조건에서는 상부게이트가 담당하도록 되어 상기 문제가 해결된다. 뿐만 아니라, 특허문헌 1은 비휘발성 메모리 기능을 활용하는 공통점은 있지만, 본 발명에 따른 구조의 집적도는 5F이며, 특허문헌 1에 따른 구조의 집적도는 17.5 F이므로, 본 발명에 비해서 집적도가 크게 떨어지는 단점이 있다. 또한, 게 1 내지 제 4 종래기술은 비휘발성 기능이 없으며, 이 기능을 추가할 경우 메모리 소자 동작을 위해 두꺼운 게이트 절연막을 필요로 하므로 극소 채널의 동작을 구현할 수 없는 단점이 있다. 그리고 집적도 관점에서도 도 11에서와 같이 게 1 내지 제 4 종래기술은 소자의 길이가 10F에서 12 F 수준으로 본 발명 (5F)에 비해서 크게 떨어진다. 또한, 본 발명에서 상부 게이트 절연막은 얇게 할 수 있기 때문에 소자 축소화에 따른 문제가 없다. 지금까지 소개된 제 1 내지 제 4 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 , 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 채널층과 소스 전극 /드레인 전극의 접촉영역에 대한 Sdiot tky 장벽을 하부 전극 구조를 이용하여 조절하고, 채널층의 동작을 위해서는 상부에 위치한 상부 게이트 전극을 주로 활용하되, 경우에 따라서 채널 하부에 위치한 하부 전극에 전압을 인가해서 조절할 수도 있게 된다. Increasing the number of electrodes of a device required to implement the operation of a conventional reconfigurable device is a real obstacle to the actual circuit implementation. In order to solve the above problem, a lower electrode capable of applying an independent voltage is provided, and a program or eraser is performed on the charge storage layer to enable the nonvolatile memory function, thereby controlling the Schot tky potential barrier. In this case, even if the gate voltage is no longer applied, the potential barrier is adjusted, so that the wiring can be effectively implemented in driving the reconfigurable element and the circuit. The conventional reconfigurable device disclosed in Patent Document 1 has a nonvolatile memory function based on an upper gate electrode structure, and controls the electrical operation of the device by using the same gate insulating film. In this structure, the charge storage layer is in the upper gate insulating film, and electrons or holes are injected therein, and these charges may be undesired or come out undesirably under normal operating conditions, resulting in a problem of reliability. In the present invention, a lower electrode is prepared for a program and an eraser, and under normal operating conditions, the upper gate is in charge to solve the above problem. In addition, although Patent Document 1 has a common feature of utilizing a nonvolatile memory function, the density of the structure according to the present invention is 5F, and the degree of integration of the structure according to Patent Document 1 is 17.5 F, so that the degree of integration is significantly lower than that of the present invention. There are disadvantages. In addition, the first to fourth prior arts do not have a non-volatile function, and if this function is added, a thick gate insulating film is required for the operation of the memory device, and thus, the operation of the microchannel cannot be realized. In terms of the degree of integration, as shown in Fig. 11, the first to fourth prior arts are significantly inferior to the present invention (5F) in that the length of the device is 10F to 12F. In addition, in the present invention, since the upper gate insulating film can be made thin, there is no problem in miniaturization of the device. In order to solve the problems of the first to fourth prior arts introduced so far, the reconfigurable electronic device according to the present invention uses a lower electrode structure as a Sdiot tky barrier for the contact area between the channel layer and the source electrode / drain electrode. In order to control the operation of the channel layer, the upper gate electrode mainly positioned at the upper side is mainly used, and in some cases, the lower electrode positioned at the lower side of the channel may be adjusted by applying a voltage.
[하부 전극 어레이를 내재한 변형 가능소자의 동작 특성 변화 여 1] 이하, 전술한 본 발명의 실시예들에 따른 재구성 가능한 전자 소자들의 동작 특성을 변화시켜 재구성할 수 있는 전자 소자들을 예시적으로 설명한다ᅳ [Change of Operation Characteristics of the Deformable Device Including the Lower Electrode Array] Hereinafter, electronic devices that can be reconfigured by changing the operation characteristics of the reconfigurable electronic devices according to the embodiments of the present invention described above will be described. ᅳ
도 12는 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 변형 가능한 소자의 구현 형태를 도시하는 모식도이다.  12 is a schematic diagram showing an implementation of a deformable device of a reconfigurable electronic device according to the present invention.
먼저, 도 12의 ( a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 전기적으로 p-n 다이오드를 구현할 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하기 위한 일례는 다음과 같다. 소스 전극은 접지한 후, 소스 전극의 아래에 위치한 하부 전극에 양의 프로그램 전압을 인가하고, 전하저장층을 갖는 하부 게이트 절연막에 전자를 주입해서, 소스 전극의 아래에 위치한 채널층에 전기적으로 정공을 유기한다. 드레인 전극을 접지시킨 후, 드레인 전극의 아래 및 그 주변에 위치한 하부 전극 어레이에 음의 전압을 인가해서 전하저장층을 갖는 하부 게이트 절연막에 정공을 주입해서 드레인 전극의 아래 및 그 주위에 위치한 채널층에 전자를 유기시킨다. 이렇게 하여 채널층에 전기적으로 p영역과 n 영역을 유기시켜, p-n 다이오드를 구현할 수 있게 된다.  First, as illustrated in FIG. 12A, the reconfigurable electronic device according to the present invention may electrically implement a p-n diode. An example for explaining this in more detail is as follows. After the source electrode is grounded, a positive program voltage is applied to the lower electrode positioned below the source electrode, and electrons are injected into the lower gate insulating layer having the charge storage layer to electrically hole the channel layer positioned below the source electrode. Organic. After grounding the drain electrode, a negative voltage is applied to the lower electrode array positioned below and around the drain electrode to inject holes into the lower gate insulating film having the charge storage layer, thereby channel layers positioned below and around the drain electrode. Induces electrons in In this way, the p-n diode can be realized by electrically inducing the p region and the n region to the channel layer.
또한, 도 12의 (d)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 전기적으로 n-p 다이오드를 구현할 수 있다. 이를 구현하기 위한 방법은 상기 도 12의 (a )에 대한 설명과 유사하나 다음과 같은 차이점이 있다. 상기 설명에서 소스 전극 아래의 하부 전극을 이용하여. 정공을 전하저장층에 주입하고 드레인 전극과 아래의 하부전극을 이용하여 전자를 전하저장층에 주입하면 전기적인 n-p 다이오드를 구현할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 이상적인 ohmi c 특성을 가지는 n형 트랜지스터로 구동시키거나, 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이 이상적인 ohmi c 특성을 가지는 p형 트랜지스터로 구동올 시킬 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 도 12의 (b)와 같이 소스 전극과 드레인 전극 아래에 위치한 전하저장충을 갖는 하부 게이트 절연막에 하부 전극을 이용하여 정공을 주입시켜서, 소스 및 드레인 전극과 채널층 사이의 전위장벽을 낮추고 유기된 전자층이 마치 기존 n형 M0SFET의 도핑된 소스 /드레인 영역과 같은 기능을 하도록 하여 n형 M0SFET로 구동할 수 있다. 이때, 소스 드레인 전극과 채널층 사이의 접합은 Ohmi c 접합에 가깝게 조절할 수 있다. In addition, as shown in (d) of FIG. 12, the reconfigurable electronic device according to the present invention may electrically implement an np diode. The method for implementing this is similar to the description of FIG. 12A, but has the following differences. Using the bottom electrode below the source electrode in the above description. By injecting holes into the charge storage layer and injecting electrons into the charge storage layer using the drain electrode and the lower electrode below, an electrical np diode can be realized. Meanwhile, the reconfigurable electronic device according to the present invention may be driven by an n-type transistor having an ideal ohmi c characteristic as shown in FIG. 12 (b), or ideal ohmi as shown in FIG. 12 (c). It can be driven by a p-type transistor having a c characteristic. More specifically, as shown in (b) of FIG. 12, holes are injected into the lower gate insulating layer having the charge storage layer located under the source electrode and the drain electrode by using the lower electrode, and between the source and drain electrodes and the channel layer. It is possible to drive the n-type M0SFET by lowering the potential barrier of and allowing the organic layer to function like the doped source / drain regions of the existing n-type M0SFET. In this case, the junction between the source drain electrode and the channel layer may be controlled to be close to the Ohmi c junction.
한편, 도 12의 ( c)에 도시된 바와 같이, 하부 전극들에 (b)에서 인가한 전압과는 반대 극성의 전압을 인가함으로써 전자를 저장할 수 있고, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 p형 트랜지스터로 구동시킬 수 있게 된다.  On the other hand, as shown in (c) of Figure 12, by applying a voltage of a polarity opposite to the voltage applied in (b) to the lower electrodes, the electron can be stored, the reconfigurable electronic device according to the present invention is p It can be driven by a type transistor.
그 결과, 도 12의 (b)와 (C)에서와 같이, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자는 외부에서 인가해 준 프로그램 /이레이져 전압 조절을 통해서 ohmi c 접촉 특성을 가지는 n형 트랜지스터와 p형 트랜지스터를 독립적으로 같은 소자 구조 내에서 추가적인 공정이나 구조적 변화 없이 구현할 수 있다ᅳ 종래의 재구성 가능 소자들은, 같은 소자 구조 내에서 트랜지스터를 다이오드로 , 다이오드를 트랜지스터로 자유롭게 변화 가능하게 구현할 수 있기는 하지만, 유형의 변화를 위해서 요구되는 독립 게이트 전극 개수의 제한성으로 인해서, 나노 크기의 채널 내에 국소적으로 전기적인 도핑을 n- p-n 또는 p-n-p형태로 구현을 하는 것 자체가 소자 구조상의 특징으로 인하여 어려운 문제점이 있다.  As a result, as shown in FIGS. 12B and 12C, the reconfigurable electronic device according to the present invention has an n-type transistor and p having ohmi c contact characteristics through externally applied program / erase voltage control. Type transistors can be implemented independently in the same device structure without additional process or structural change. [0005] Conventional reconfigurable devices can be freely changed into transistors and diodes in the same device structure. Due to the limitation of the number of independent gate electrodes required for the type change, it is difficult to implement locally electrical doping in the form of n-pn or pnp in the nano-sized channel due to the characteristics of the device structure. There is this.
반면에, 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자들은, 도 6에서와 같이 여러 개의 독립된 하부 전극 어레이를 기반으로 한 구조를 사용함으로써, 국소적인 전기적 도핑이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 재구성 가능 전자 소자들은, 기존의 소자들과는 달리, 도 8에서와 같은 단층 또는 다층 기반의 메모리 특성을 갖는 하부 게이트 절연막과 하부 전극을 활용해서 비휘발성 메모리 기능을 구현할 수 있다. 따라서, 기존 기술과 본 발명의 차별화되는 특성올 정리해서 도 11의 비교표를 통해서 정리되었다. On the other hand, the reconfigurable electronic device according to the present invention can be locally doped by using a structure based on a plurality of independent lower electrode arrays as shown in FIG. In addition, unlike the conventional devices, the reconfigurable electronic device according to the present invention may have a lower gate insulating layer and a lower gate insulating layer having a single layer or multilayer based memory characteristics as shown in FIG. 8. The electrodes can be used to implement nonvolatile memory functions. Therefore, the characteristics distinguishing the existing technology and the present invention are summarized through the comparison table of FIG. 11.
도 11은 종래의 재구성 가능한 전자 소자들과 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자들에 대하여 각 항목별 특성을 비교 분석한 도표이다.  11 is a chart in which the characteristics of each item are compared and analyzed with respect to the conventional reconfigurable electronic devices and the reconfigurable electronic devices according to the present invention.
여기서, 게 1 종래기술은 Nam LAB (독일)에서 발표했으며, 재구성 가능 소자를 도 13(a)와 같이 구현을 하였다. 본 기술은 Si 나노와이어와 Ni 실리사이드의 접합을 형성해서, Si 나노와이어의 밴드갭 내에서 거의 미드갭 (mi d-gap) 부근에서 밴드 정렬을 가지며, 그 결과 전자와 홀의 관점에서 거의 유사한 크기의 전위 장벽을 가지는 소자이다. 이때 소스 전극 및 드레인 전극 바로 인접한 곳에 위치한 두 개의 독립된 상부 전극을 구현한다. 상기 두 개의 상부 전극은 Si과 Ni 실리사이드 접합부 상부에 형성된다. 각각 독립적으로 상기 소스와 드레인 영역 주위에 형성된 두 개의 독립된 상부 전극을 통해서 소자의 종류 (n 형 또는 p형)를 조절하고, 재구성 가능소자를 구현할 수 있다. 하지만, 상기 소자에는 비휘발성. 메모리 기능이 없으며 , 하나의 채널층으로 구성되고, Si과 Ni 실리사이드의 접합부의 위치를 공정적으로 정확히 조절 할 수 없기 때문에, 기생 용량아 커질 수 있다. 그 결과 전력 소모 (power consumpt ion)도 증가되는 취약점이 있다. 재구성 가능 소자 구현을 위해서 요구되는 독립적인 노드의 수가 최소 4개는 되어야 하며, 단순한 소자의 타입 (n형 또는 p형)은 변경은 가능하나 채널 길이 변조 등 다양한 재구성 가능 기능에서는 제약이 있다. Schot tky 장벽 조절이 가능하며, 상향식 및 하향식 공정과 접합성이 있다. 하지만 ID , 2D 재료와의 공정적인 정합성이 제한적이다.  Here, the crab 1 is disclosed in Nam LAB (Germany), and the reconfigurable device is implemented as shown in FIG. 13 (a). The technique forms a junction of Si nanowires with Ni silicides, resulting in band alignment near the mid-gap within the band gap of the Si nanowires, resulting in almost similar size in terms of electrons and holes. It is a device having a potential barrier. In this case, two independent upper electrodes positioned immediately adjacent to the source electrode and the drain electrode are implemented. The two upper electrodes are formed over the Si and Ni silicide junctions. Two independent upper electrodes formed around the source and drain regions independently control the type (n-type or p-type) of the device and implement a reconfigurable device. However, the device is nonvolatile. Since there is no memory function, it is composed of one channel layer, and the position of the junction of Si and Ni silicide cannot be precisely and accurately adjusted, parasitic capacitance can be increased. As a result, power consumption also increases. The number of independent nodes required to implement a reconfigurable device should be at least four, and the simple device type (n-type or p-type) can be changed, but there are limitations in various reconfigurable functions such as channel length modulation. Schot tky barriers can be controlled and bonded to bottom-up and top-down processes. However, fair matching with ID and 2D materials is limited.
제 2 종래기술은 프랑스의 Joseph Four i er 대학에 제안한 유형 변화를 위한 다중기능 기반의 재구성 가능 소자이며, 상기 제 1 종래 기술과 거의 같은 개념과 유사한 소자 구조를 차용하고 있으며, 단지 차이는 Schottky 장벽을 조절 할 수 있는 두개의 상부 독립 게이트 전극 이외에 채널 중앙에 소자의 채널 특성을 조절하기 위한 상부 독립게이트 전극올 별도로 가지고 있는 구조이다. 본 기술도 비휘발성 메모리 소자 기술이 적용되지 않은 형태며, 제 1 종래 기술과 같이 기생 용량이 크며, 소자의 최소 구현 면적이 20F2 (2F 소자 폭으로 가정 )수준으로 크다. 채널의 문턱전압을 독립적으로 조절 가능하지만, 채널 내에 다수의 독립게이트 전극을 도입하기 위해서는 소자와 크기가 증가하는 단점을 감소해야 하며, 상대적으로 상부게이트 구조를 차용하기 때문에 고해상도의 공정을 차용하여 단자수를 증가시키는 개념을 구현하기 위해서는 제약 사항이 많은 단점이 있다. The second prior art is a multifunction based reconfigurable device proposed for Joseph Four ier University in France, employing a device structure similar to the concept of the first prior art, the difference is only Schottky barrier In addition to the two upper independent gate electrodes that can control the structure has a separate upper independent gate electrode for adjusting the channel characteristics of the device in the center of the channel. This technology is also a non-volatile memory device technology is applied, the parasitic capacitance is the same as the first conventional technology, the minimum implementation area of the device is as large as 20F2 (assuming 2F device width). Independently of the threshold voltage of the channel Although it is adjustable, in order to introduce a large number of independent gate electrodes in a channel, the disadvantage of increasing the size and the size of the device should be reduced, and since the upper gate structure is borrowed relatively, the concept of increasing the number of terminals by borrowing a high resolution process is realized. There are many disadvantages to doing this.
제 3 종래기술은 스위스 에꼴 폴리테크닉에서 발표한 소자로서 제 1 종래 기술에서 Schot tky 장벽을 조절하기 위한 두 개의 독립된 상부 전극을 하나로 묶은 형태며, 또한 제 2 종래 기술과 같이 채널영역 조절을 위한 상부 게이트 전극을 가지고 있는 소자 구조이다. 따라서 소자 구현을 위한 최소 소요 면적은 게 1 종래 기술과 같이 20F2 수준이다. 두 개의 독립된 상부전극을 하나로 묶는 방법을 취하기 때문에, 재구성 가능 회로 구현 시에 소스와 드레인을 서로 바꾸면서 사용을 할 수 없는 구조이다. 그 결과 재구성 가능회로 구현의 다양성과 구동 방식의 제약이 있게 되는 단점이 있다. 게 3 종래 기술도 역시 비휘발성 메모리 기능이 없으며, 또한 채널층 구현을 위해서는 단지 하향식 공정으로만 구현을 한다고 특허 문헌 2에는 기술되어 있다.  The third prior art is a device presented by Swiss Ecole Polytechnic, which combines two independent upper electrodes for adjusting the Schot tky barrier in the first prior art, and also, as in the second prior art, It is an element structure having a gate electrode. Therefore, the minimum area required for device implementation is 20F2, as in the conventional art. Since the two independent upper electrodes are tied together, the structure of the reconfigurable circuit cannot be used while exchanging the source and the drain. As a result, there are disadvantages in that there is a variety of reconfigurable circuit implementations and limitations in driving methods. It is described in Patent Document 2 that the prior art also does not have a nonvolatile memory function and is only implemented in a top-down process to implement a channel layer.
거 종래기술은 서울대학교 Prof . Hong 그룹에서 발표한 기술로, 특이사항으로 두 개의 채널층과 비휘발성 메모리 기능을 도입해서 재구성 가능소자를 구현하는 방법을 제안하였다. 두 개의 채널층을 사용함으로 인해서 기생 용량이 큰 단점이 있으며; 소자의 집적도 관점에서도 최소 구현 면적이 35F2 수준으로 크기 때문에 집적도가 낮은 게 단점이다. 또한 두 개의 채널을 사용하기 때문에 재구성 가능소자로 동작하기 위해서는 최소 6개의 독립 노드 수를 가지는 단점이 있다. 같은 채널에서 소자의 형태 (n형 또는 p형)를 변형하는 기능이 없으며, 재구성 가능 소자의 구현도 두 개의 독립채널을 가지는 소자를 활용하기 때문에 다기능성 구현에도 한계가 있다. 뿐만 아니라ᅳ 채널 층 전 영역을 덮는 형태로 하나의 게이트 전극으로 구현하기 때문에, 채널 층과 소스, 드레인 전극 사이에 국소적으로 Schot tky 장벽을 바꿀 수 없는 단점이 있다. 이로 인해서 재구성 가능성 소자의 구현은 가능할 지라도, 기능성의 제약과 집적도 및 동적 전력 소모 관점에서 큰 취약점을 가지는 소자구조 이다. The prior art is Seoul National University Prof. As a technique introduced by the Hong Group, a method of implementing a reconfigurable device by introducing two channel layers and a nonvolatile memory function is proposed. The parasitic capacitance is large due to the use of two channel layers ; In terms of device integration, the minimum implementation area is about 35F2. In addition, since two channels are used, there is a disadvantage in that at least six independent nodes are required to operate as a reconfigurable device. There is no function to change the shape of the device (n-type or p-type) in the same channel, and the implementation of the reconfigurable device also has a limitation in implementing multi-function because it uses a device having two independent channels. In addition, since the gate electrode is formed to cover the entire region of the channel layer, the Schott tky barrier cannot be changed locally between the channel layer, the source and the drain electrode. As a result, even though the reconfigurable device can be implemented, it is a device structure that has great weakness in terms of functionality, density, and dynamic power consumption.
첫째로, 재구성 가능 소자 구현을 위한 비휘발성 메모리 구조를 활용한 곳은 본 발명이 처음이며, 종래의 재구성 가능한 전자 소자에서는 비휘발성 메모리 기능을 도입한 전례가 없다. 단지, 특허 문헌 1에서 발표한 재구성 가능 소자는 비휘발성 메모리에 대한 특성을 내장할 수 있지만, 소자 구조상 단일 채널 구조가 아니어서, 소자의 기생 저항 및 용량이 클 뿐만 아니라, 집적도가 크게 떨어짐을 알 수 있다. 집적도는 도 11에서와 같이 단위소자 면적이 35F2로 아주 낮다. First, the present invention is the first place where a nonvolatile memory structure is used to implement a reconfigurable device. There is no unprecedented introduction of the nonvolatile memory function. However, although the reconfigurable device disclosed in Patent Document 1 can have a characteristic for nonvolatile memory, it is not a single channel structure due to the device structure, and thus the parasitic resistance and capacity of the device are not only large, but also the integration is greatly reduced. Can be. The integration degree is very low, as shown in Figure 11, the unit device area of 35F2.
본 발명의 구조에서도 하나의 상부 게이트 전극과 3개의 하부 전극과 공정상의 하부 전극 간의 이격 (도 10의 (d) 참조: 0.5F)을 고려하면 단위 재구성 가능 소자가 차지하는 최소 소자 길이는 4F가 된다. 반면에, 종래 기술 2에 따른 다중기능 기반의 재구성 가능 소자는 무려 11F의 소자 길이를 가진다. 같은 소자의 폭을 가정할 때, 약 2 배의 집적도 증가를 가져 온다. 또한, 도 11에서 비교 분석된 것과 같이, 기생 저항 성분, 전력 소모, 재구성 가능회로 동작 구현을 위해서 필요한 배선수, 다기능 소자의 기능 다양성, 공정상의 정렬, Schot tky 콘택저항의 조절 여부, 공정적으로 상향식과 하향식 방법과의 호환성 끝으로 ID, 2D 소재와의 정합성 등을 포함하는 다양한 소자 특성 관점에서, 다른 종래 기술에 비해 본 발명에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 성능이 모든 특성 관점에서 큰 장점이 있음을 보여 준다.  In the structure of the present invention, the minimum device length occupied by the unit reconfigurable device becomes 4F, considering the separation between one upper gate electrode, three lower electrodes, and a lower electrode in the process (see FIG. 10 (d): 0.5F). . On the other hand, the multifunction based reconfigurable device according to the prior art 2 has a device length of 11F. Assuming the same device width, this results in an approximately double density increase. In addition, as compared and analyzed in FIG. 11, the parasitic resistance component, power consumption, the number of wirings required for implementing the reconfigurable circuit operation, the functional diversity of the multifunctional device, the process alignment, whether the Schot tky contact resistance is controlled, Compatibility with bottom-up and top-down methods Finally, the performance of the reconfigurable electronic device according to the present invention has a great advantage in terms of various characteristics in terms of various device characteristics including ID and matching with 2D materials. Shows.
본 발명에 따른 재구성 가능 전자 소자는 도 12에서와 같이 다양한 변형가능 소자 특성을 보여 줄 수 있으며, 아래와 같이 정리된다.  The reconfigurable electronic device according to the present invention may show various deformable device characteristics as shown in FIG. 12, and are summarized as follows.
첫째로, 소스 및 드레인 전극 아래에 위치한 하부전극에 의한 프로그램 /이레이져 특성을 통해서 소스 및 드레인 전극과 채널층 사이의 접촉저항을 조절하고, 나아가 전기적인 n형 및 p형 영역을 구현하여 소자의 재구성이 가능하게 한다ᅳ  First, the contact resistance between the source and drain electrodes and the channel layer is controlled through the program / erase characteristics of the lower electrodes under the source and drain electrodes, and the electrical n-type and p-type regions are implemented to implement the device. Enable reconstruction
둘째로, 채널층 아래에 위치한 하부 전극을 활용해서 채널내의 소자 문턱전압을 조절할 수 있고 , 같은 유형의 소자라 할지라고 문턱전압이 다른 소자를 회로에서 구현할 수 있다. Second, the lower electrode positioned below the channel layer can be used to adjust the device threshold voltage in the channel, and devices of different threshold voltages, such as devices of the same type, can be implemented in a circuit.
셋째, 소스 및 드레인 전극 아래에 위치하는 하부 전극의 폭이나 위치를 조절하거나 하부 전극들을 이용한 채널층의 국소적인 전기적인 도핑을 통해서, 실제 소자의 콘택 영역의 도핑 영역의 채널 방향의 길이를 조절함으로써, 소자의 채널 길이를 전기적으로 조절할 수 있다. 넷째, 소스 및 드레인 전극 아래에 위치한 하부 전극들을 이용한 프로그램 /이레이져 특성 조절을 통해서 , 채널층과 소스 및 드레인 전극 사이의 전위 장벽을 변조함으로써, 이 구조를 Schot tky 다이오드로 동작시킬 수 있으며, 이 다이오드의 전위장벽을 상기 프로그램과 이레이져를 통해 다양하게 조절할 수 있다. Third, by adjusting the width or position of the lower electrode under the source and drain electrodes or by adjusting the length of the channel direction of the doped region of the contact region of the actual device, through local electrical doping of the channel layer using the lower electrodes. The channel length of the device can be electrically adjusted. Fourth, the structure can be operated as a Schot tky diode by modulating the potential barrier between the channel layer and the source and drain electrodes by adjusting the program / erase characteristics using the bottom electrodes located below the source and drain electrodes. The potential barrier of the diode can be varied through the program and eraser.
다섯째, 동일 소자에서 하부 전극과 소스 및 드레인 전극과의 전위차를 이용해서 전자 또는 정공의 주입을 조절할 수 있고, 이를 통해 소자의 유형변화 (p형 또는 n형 FET , p-n 또는 n-p 다이오드, Schottky)를 자유롭게 할 수 있다. 이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 증심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 웅용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.  Fifth, it is possible to control the injection of electrons or holes by using the potential difference between the lower electrode and the source and drain electrodes in the same device, thereby changing the type of device (p-type or n-type FET, pn or np diode, Schottky) I can do it freely. The present invention has been described above with reference to the preferred embodiments, but this is only an example and not limiting the present invention, and those skilled in the art do not depart from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications which are not illustrated above in the scope are possible. And differences relating to these modifications and uses will be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
【산업상 이용가능성】 Industrial Applicability
본 발명에 따른 소자는 반도체 분야에 널리 사용될 수 있다.  The device according to the present invention can be widely used in the semiconductor field.

Claims

【청구의 범위】 [Range of request]
【청구항 1】  [Claim 1]
기판;  Board;
상기 기판의 위에 형성되되 서로 이격되어 전기적으로 분리 배치된 적어도 둘 이상의 하부 전극들로 구성된 하부 전극 어레이 ;  A lower electrode array formed on the substrate, the lower electrode array comprising at least two lower electrodes spaced apart from each other and electrically separated from each other;
상기 하부 전극들의 사이에 형성되어 하부 전극들을 서로 전기적으로 분리시키는 전극간 절연막;  An inter-electrode insulating layer formed between the lower electrodes to electrically separate the lower electrodes from each other;
상기 하부 전극 어레이 및 전극간 절연막의 위에 형성된 하부 게이트 e ᄀ,  A lower gate e a formed on the lower electrode array and the inter-electrode insulating layer;
상기 하부 게이트 절연막 위에 형성된 채널층 ;  A channel layer formed on the lower gate insulating film;
상기 채널층 위에 형성되되 상기 하부 전극 어레이의 일단에 위치한 하부 전극의 상부에 배치된 소스 전극;  A source electrode formed on the channel layer and disposed above the lower electrode positioned at one end of the lower electrode array;
상기 채널층 위에 형성되되 상기 하부 전극 어레이의 타단에 위치한 하부 전극의 상부에 배치된 드레인 전극;  A drain electrode formed on the channel layer and disposed on the lower electrode positioned at the other end of the lower electrode array;
상기 채널층 또는 채널층 및 상기 소스 전극과 드레인 전극 위에 형성된 상부 게이트 절연막; 및  An upper gate insulating layer formed on the channel layer or the channel layer and the source electrode and the drain electrode; And
상기 상부 게이트 절연막 위에 형성된 상부 게이트 전극;  An upper gate electrode formed on the upper gate insulating layer;
을 구비하는 재구성 가능한 전자 소자. 【청구항 2】  Reconfigurable electronic device having a. [Claim 2]
제 1항에 있어서 , 상기 하부 전극 어레이는 3개 이상의 하부전극들로 구성되며,  The method of claim 1, wherein the lower electrode array is composed of three or more lower electrodes,
상기 하부 전극 어레이의 양단에 각각 위치한 하부 전극들을 제외한 나머지의 하부 전극들은 채널의 문턱 전압을 조정하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자. 【청구항 3]  The remaining lower electrodes except for lower electrodes respectively positioned at both ends of the lower electrode array are used to adjust the threshold voltage of the channel. [Claim 3]
제 1항에 있어서, 기판과 하부 전극들을 전기적으로 격리되도록 하기 위하여 상기 기판 하부 전극들의 사이에 형성된 제 1 절연막을 더 구비하여 하부 전극들을 기판으로부터 전기적으로 분리시킨 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자. 【청구항 4】 The reconfigurable electronic device of claim 1, further comprising a first insulating layer formed between the substrate lower electrodes to electrically isolate the substrate from the lower electrodes. [Claim 4]
제 1항에 있어서, 상기 하부 게이트 절연막은 강유전체 물질로 구성되어, 하부 전극들에 인가된 전압에 따라 프로그램 (program) 또는 이레이져 (erase)가 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자.  The reconfigurable electronic device of claim 1, wherein the lower gate insulating layer is made of a ferroelectric material to enable programming or erasing according to voltages applied to the lower electrodes.
【청구항 5】 [Claim 5]
제 1항에 있어서, 상기 하부 게이트 절연막은 적어도 2 층 이상의 절연막들로 구성되되 인접한 층들은 서로 다른 에너지 밴드갭 또는 유전상수를 갖는 물질로 구성된 것을 특징으로 하며,  The method of claim 1, wherein the lower gate insulating layer is formed of at least two insulating layers, and adjacent layers are formed of materials having different energy band gaps or dielectric constants.
상기 하부 게이트 절연막을 구성하는 절연막들 적어도 한 층의 절연막은 전하를 저장할 수 있는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자. 【청구항 6】  And insulating films of at least one of insulating films constituting the lower gate insulating film. [Claim 6]
게 1항에 있어서 상기 하부 전극 어레이의 양 끝단에 배치된 하부 전극들의 사이의 거리는 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 거리와 동일하고. 하부 전극 어레이의 양 끝단에 배치된 하부 전극들의 마주보는 가장자리가 소스 및 드레인 전극의 가장자리와 서로 정렬되게 형성되거나, 상기 하부 전극 사이의 거리가 상기 소스 및 드레인 전극 사이 거리보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자.  The distance between the lower electrodes disposed at both ends of the lower electrode array is equal to the distance between the source and drain electrodes. Opposite edges of the lower electrodes disposed at both ends of the lower electrode array are formed to be aligned with edges of the source and drain electrodes, or the distance between the lower electrodes is shorter than the distance between the source and drain electrodes. Reconfigurable electronic device.
【청구항 7】 [Claim 7]
저 U항에 있어서, 상기 하부 전극 어레이의 양 끝단에 배치된 하부 전극들의 사이의 거리는 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 거리보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자.  The reconfigurable electronic device of claim 1, wherein a distance between lower electrodes disposed at both ends of the lower electrode array is wider than a distance between the source and drain electrodes.
【청구항 8】 [Claim 8]
제 1항에 있어서, 상기 재구성 가능한 전자 소자는 상기 채널충과 상부 게이트 절연막 사이에 이들의 계면 특성을 향상시키기 위한 버퍼층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자. 【청구항 9】 2. The reconfigurable electronic device of claim 1, wherein the reconfigurable electronic device further comprises a buffer layer for improving their interfacial properties between the channel fill and the upper gate insulating film. [Claim 9]
거 U항에 있어서, 상기 채널층의 표면은 화학적 또는 물리적 표면 처리된 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자. 【청구항 10】  The reconfigurable electronic device of claim 5, wherein the surface of the channel layer is chemically or physically surface treated. [Claim 10]
제 1항에 있어서, 상기 상부 게이트 전극의 양측의 단부들은 상기 소스 전극과 드레인 전극의 단부들과 정렬되도록 구성되거나, 상기 소스 전극과 드레인 전극의 일부와 겹치도록 구성된 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자.  The reconfigurable electronic device of claim 1, wherein ends of both sides of the upper gate electrode are configured to be aligned with ends of the source electrode and the drain electrode, or overlapping with a portion of the source electrode and the drain electrode. .
【청구항 Π] [Claim claim Π]
제 1항에 있어서, 상기 채널층은 1차원 나노 물질, 2차원 나노물질, 금속 산화물 박막, 게르마늄 (Ge) 박막, SiGe 박막, 실리콘 박막, III-V족 화합물 반도체 박막, Π— VI 족 화합물 반도체 박막 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자.  The method of claim 1, wherein the channel layer is a one-dimensional nanomaterial, two-dimensional nanomaterials, metal oxide thin film, germanium (Ge) thin film, SiGe thin film, silicon thin film, III-V compound semiconductor thin film, Π—VI compound semiconductor Reconfigurable electronic device, characterized in that consisting of one of the thin film.
【청구항 12] [Claim 12]
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 재구성 가능한 전자 소자의 동작 방법에 있어서,  In the method of operating a reconfigurable electronic device according to any one of claims 1 to 11,
하부 전극들에 전압을 인가하여 하부 게이트 절연막이 프로그램 또는 이레이져되도록 하는 것을 특징으로 하며,  The lower gate insulating film is programmed or erased by applying a voltage to the lower electrodes.
상기 프로그램 또는 이레이져의 정도는 상기 하부 전극들에 인가된 전압의 크기 또는 시간에 의해 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작 방법 .  And the degree of the program or erasure is determined by the magnitude or time of the voltage applied to the lower electrodes.
【청구항 13】 [Claim 13]
제 12항에 있어서, 하부 전극들에 인가되는 전압을 조절하여, 소스 전극의 하부에 위치한 하부 게이트 절연막과 드레인 전극의 하부에 위치한 하부 게이트 절연막을 프로그램 또는 이레이져 정도를 달리 하거나, 소스 전극의 하부에 위치한 하부 게이트 절연막과 드레인 전극의 하부에 위치한 하부 게이트 절연막 중 하나는 프로그램하고 다른 하나는 이레이져하는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작 방법. 【청구항 14】 The method of claim 12, wherein the voltage applied to the lower electrodes is adjusted to vary the degree of programming or erasing between the lower gate insulating layer disposed below the source electrode and the lower gate insulating layer disposed below the drain electrode. A method of operating a reconfigurable electronic device, characterized in that one of the lower gate insulating film located below the source electrode and the lower gate insulating film located below the drain electrode is programmed and the other is erased. [Claim 14]
제 12항에 있어서, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 하부에 위치한 두 개의 하부 전극에 같은 전압을 인가하여 프로그램 또는 이레이져를 수행하는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작방법. 【청구항 15】  The method of claim 12, wherein a program or erase is performed by applying the same voltage to two lower electrodes positioned below the source electrode and the drain electrode. [Claim 15]
제 12항에 있어서, 상기 하부 전극의 전압을 인가하여 프로그램 또는 이레이져를 수행함에 있어 상기 소스 전극과 드레인 전극에 같은 전압 (0V 포함)이 인가되는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작방법. 【청구항 16】  The method of claim 12, wherein the same voltage (including 0 V) is applied to the source electrode and the drain electrode when the program or erasure is applied by applying the voltage of the lower electrode. [Claim 16]
제 12항에 있어서, 상기 하부 전극의 전압을 인가하여 프로그램 또는 이레이져를 수행함에 있어 상기 상부 게이트 전극에 전압을 인가하되 소스 전극과 드레인 전극 사이에 전류가 흐르지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작방법.  13. The reconfigurable electron of claim 12, wherein in applying a voltage of the lower electrode to perform a program or erasure, a voltage is applied to the upper gate electrode but no current flows between the source electrode and the drain electrode. Method of operation of the device.
【청구항 17】 [Claim 17]
제 12항에 있어서, 상기 하부 전극의 전압을 인가하여 프로그램 또는 이레이져를 수행함에 있어 상기 상부 게이트 전극에 전압을 인가하되 소스 전극과 드레인 전극 사이에 전류가 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작방법. 【청구항 18】  The reconfigurable electron of claim 12, wherein in applying a voltage of the lower electrode to perform a program or erasure, a voltage is applied to the upper gate electrode while a current flows between a source electrode and a drain electrode. Method of operation of the device. [Claim 18]
제 12항에 있어서, 상기 하부 전극에 전압을 인가하여 프로그램 또는 이레이져를 수행하기 전에 상부 게이트 전극에 특정 전압을 인가하거나 빛을 인가하는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작방법. 【청구항 19】 The method of claim 12, wherein a specific voltage is applied to the upper gate electrode or light is applied before the program or erasure is applied to the lower electrode. [Claim 19]
제 12항에 있어서, 소스 전극과 소스 전극의 아래에 위치한 하부 전극에 인가되는 전압을 조절하여 소스 전극 아래에 위치한 채널층에 정공을 유기하고, 드레인 전극과 드레인 전극의 아래에 위치한 하부 전극에 인가되는 전압을 조절하여 드레인 전극의 아래에 위치한 채널층에 전자를 유기하여, p— n 다이오드로 동작시키는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작방법 .  The method of claim 12, wherein the voltage applied to the source electrode and the lower electrode positioned below the source electrode is adjusted to induce holes in the channel layer under the source electrode, and to be applied to the drain electrode and the lower electrode positioned below the drain electrode. The method of operating a reconfigurable electronic device, characterized in that by controlling the voltage to induce electrons in the channel layer located below the drain electrode to operate as a p—n diode.
【청구항 20】 [Claim 20]
제 12항에 있어서, 소스 전극 및 드레인 전극의 아래에 위치한 하부 전극들에 인가되는 전압을 조절하여 채널층에 전자층을 유기하여 n형 M0SFET으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작방법 . 【청구항 21】  The method of operating a reconfigurable electronic device according to claim 12, wherein the voltage applied to the lower electrodes positioned below the source electrode and the drain electrode is adjusted to induce an electron layer in the channel layer to operate as an n-type M0SFET. . [Claim 21]
제 12항에 있어서, 소스 전극 및 드레인 전극의 아래에 위치한 하부 전극들에 인가되는 전압을 조절하여 채널층에 정공층을 유기하여 p형 13. The method of claim 12, wherein the voltage applied to the lower electrodes positioned below the source electrode and the drain electrode is adjusted to induce a hole layer in the channel layer to form a p-type.
M0SFET으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 재구성 가능한 전자 소자의 동작방법 . A method of operating a reconfigurable electronic device, characterized by operating with a M0SFET.
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