The Study on the Characteristics of ReRAM with Annealing Temperature and Oxide Thickness

열처리 온도 및 산화층 두께에 따른 ReRAM 특성 연구

In this work, we have been analyzed the characteristics of ReRAM with different annealing condition and temperature. The ReRAM devices with top electrode=150nm, bottom electrode=150nm, oxide thickness=70nm and annealing temperature=$500^{\circ}C$, $850^{\circ}C$ have been used in characterization. The Set/Reset voltage, sensing window and resistivity have been characterized. From the measurement results, the Set/Reset voltage and sensing window have been enhanced as the annealing temperature has been increased. But it has been decreased as the temperature performance has been increased. In case of the annealing temperature=$850^{\circ}C$, the variation of Set/Reset voltage was lower than that of other condition. But the variation of sensing window was the lowest when the annealing temperature was $500^{\circ}C$. With considering the variation of Set/Reset voltage and sensing window, the devices annealed at $850^{\circ}C$ showed the best performance to ReRAM.

본 연구에서는 열처리를 하지 않은 소자와 열처리 소자의 기본 특성을 비교, 분석하고 온도에 따른 특성 변화를 확인하였다. 사용된 소자는 상부전극이 Pt/Ti(150nm), 하부전극은 Pt(150nm), 산화층은 $HfO_2$(70nm)이고, 열처리 온도는 $500^{\circ}C$, $850^{\circ}C$ 이다. 측정 소자 성능은 Set/Reset 전압, sensing window(저항상태 차이)다. 측정결과 세 종류의 소자의 기본 특성은 열처리별 온도가 높을수록 Set/Reset전압과 sensing window가 증가하였다. 온도에 따른 기본특성 분석 실험 결과 온도가 증가함에 따라 Set/Reset전압과 sensing window가 감소하였다. Set/Reset 전압의 온도에 따른 변화율은 $850^{\circ}C$ 열처리한 소자가 제일 작았고, sensing window의 변화율은 $500^{\circ}C$ 열처리 소자에서 가장 작은 변화율을 보였다. Set/Reset 전압의 변화율 과 sensing window를 고려했을 때 $500^{\circ}C$ 열처리 소자가 좋은 메모리 특성을 보였다.