Highly uniform and reliable resistive switching memory with graphene interfacial layer

Abstract

저항 변화 메모리 (RRAM)은 저 전력, 빠른 속도, 고 집적도를 갖는 단순한 구조를 가져서 차세대 메모리로서 활발히 연구가 되어왔다. RRAM에 관한 여러 가지 물질과 메커니즘이 보고 되었지만, 그 중에서 고분자를 이용한 필라멘트 타입 RRAM이 차세대 플렉서블 메모리로서 각광받고 있다. 본 연구에서 우리는 상온에서 이루어지는 개시제를 이용한 화학기상 증착법(initiated chemical vapor deposition, iCVD) 을 이용한 고분자 박막으로 Cu/pV3D3/Al RRAM소자를 만들었다. 이 RRAM소자는 10000 이상의 on/off ratio 를 가지며 set process와 reset process가 같은 전압의 극성에서 일어나는 단반향 스위칭 특성을 보였다. 온도 종속 전기적인 특성으로부터 Cu필라멘트의 형성 및 끊어짐으로 저항변화가 일어나는 것을 증명하였다. 하지만, 이소자는 큰 전력 소모 문제와 불안정한 스위칭 동작 특성의 문제를 가지고 있다. 이 문제점들을 해결하기 위해, 우리는 다층의 그래핀 (MLG)을 전극과 pV3D3 사이에 삽입하여 소모 전력과 불안정한 스위칭 동작 특성을 개선하였다. Cu 침투 방지막으로써 기능을 하는 MLG의 out-of-plane방향의 큰 저항이 Cu 필라멘트와 직렬로 연결되어 reset current를 330배, 파워소모를 252배나 줄였으며, 스위칭 동작 동안 RRAM 자체적으로 전류를 제한하는 self-compliance behavior를 보였다. 게다가 MLG의 우수한 열전도성 때문에 열에 의한 reset process가 억제되고, MLG와 Cu filament계면에 큰 시리즈저항으로 인하여 전기화학적 산화/환원 반응으로 국소적인 부분에서 Cu 필라멘트가 형성 및 끊어지게 하여 안정적으로 스위칭이 일어나도록 개선하였다. 이 연구의 결과들은 필라멘트 타입의 RRAM의 문제를 해결할 뿐만 아니라, 그래핀을 우수한 안정성을 요구하는 메모리 분야에서의 새로운 적용 분야를 제시한다.