그래핀 옥사이드 기반의 저항 변화 메모리 성능 향상을 위한 표면과 계면 공학

Abstract

저항 변화 메모리 형태의 유연성 메모리는 뛰어난 범위성, 빠른 스위칭 속도, 그리고 저전력 소모 등 때문에 미래의 유연성 비휘발성 메모리의 유망주로서 큰 관심을 끌고 있다. 최근 그래핀 옥사이드는 상온에서 스핀 코팅 방법을 이용하여 쉽게 제작이 가능하고 유연성 테스트 동안 유지 시간과 내구성 사이클 특성에 관하여 안정적인 메모리 성능을 가지고 있기 때문에 잠재적 저항 변화 메모리 물질로 제안되고 있다. 지금까지 보고된 그래핀 옥사이드(GO) 기반의 저항 변화 메모리는 SET과 RESET 과정들이 다른 전압 극성에 의존하는 양극성 저항 변화 메모리가 주로 보고 되었다. 그러나 SET 과 RESET 과정이 같은 전압 극성에 발생하는 단극 저항 메모리는 crossbar arrays 에서 cross-talk 문제를 다루기 위한 스위칭 소자를 조화시키는데 필수적인 요소이다. 그래핀 옥사이드 기반의 안정한 단극 저항 변화 메모리를 구현하기 위해서 우리는 전극 금속에 관한 영향과 금속/GO/금속 RRAM에서의 GO 두께에 대한 영향을 조사하였다. GO의 두께가 90nm인 Ni/GO/Au 소자에서 저 동작 전압, 좋은 내구성 사이클과 함께 뛰어난 스위칭 성능을 보였지만 on/off 전류비는 좋지 않았다. GO의 두께가 55nm인 Al/GO/Au 소자는 높은 on/off 전류비를 보였지만 내구성 사이클이 좋지 않았고 동작 전압의 변화가 매우 심했다. 이러한 불안정한 메모리 성능을 향상시키기 위해서 GO 기반의 RRAM에서 산소 작용기들의 분포를 줄여 계면층을 제어하기 위해 높은 진공 상태에서 열처리를 통해 환원된 그래핀 옥사이드(rGO) RRAM을 제작하였다. GO의 두께가 55nm인 Al/rGO/Au 소자를 통해 우리는 1000 이상의 높은 on/off 전류비, 100번 이상의 내구성 사이클 특성, 그리고 동작 전압 변화량이 매우 작은 값을 가지는 단극 저항 변화 메모리를 구현하였다. 이러한 우리의 연구는 미래의 유연성 일렉트로닉스를 위한 1D-1R cell array를 위하여 GO를 이용한 단극 저항 변화 메모리의 기본적인 물리적 이론 발전을 위한 중요한 단계를 제공하는 연구가 될 것이다.