산소 공공 조절을 통한 하프니아 기반 강유전체 터널 접합 소자의 전기적 특성 및 신뢰성 개선

Abstract

하프니아 기반 강유전체 물질은 뛰어난 CMOS 공정 호환성을 바탕으로 차세대 비휘발성 메모리 소자로써 활발하게 연구되고 있다. 이 중 강유전체 터널링 접합 소자 (FTJ)는 기존의 메모리 소자에 비해 비 파괴적 구동, 빠른 동작 속도, 저전력 동작 등 우수한 성능을 잠재하고 있다. FTJ는 2단자로 구성되어 있어 크로스바 어레이 형태로 집적이 가능하여, 인-메모리 컴퓨팅 (IMC)와 같은 어플리케이션으로 활용할 수 있다. 흔히 FTJ 소자의 성능 지표로써 터널링 전기 저항 (TER) 비율과 정류 비율 (RR)이 사용되는데, 높은 TER과 RR을 확보하기 위해서 FTJ에 비대칭성을 추가하여야 한다. 하지만 극심한 비대칭성은 FTJ의 보존성과 내구성이 열화시킨다. 따라서 본 연구에서는 FTJ의 극심한 비대칭성을 완화하기 위해 하프니아 박막 증착 과정 중 산소 유량을 조절하는 방안을 제시하여, 강유전체 내부 결함을 개선하고 우수한 신뢰성을 확보하고자 하였다. 해당 방식으로 제작한 FTJ로는 높은 TER 비율 (29000)과 RR (11000)을 확보할 수 있었고, 10^8 번의 사이클 이후에도 1280의 TER을 유지하는 내구성과 10년의 이후 TER을 2600까지 유지하는 보존성을 확인할 수 있었다.