• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.368.1-368.1
• /
• 2014

We proposed amorphous GeSe-based ReRAM device of metal-insulator-metal (M-I-M) structure. The operation characteristics of memory device occured unipolar switching characteristics. By introducing the concepts of valance-alternation-pairs (VAPs) and chalcogen vacancies, the unipolar resistive switching operation had been explained. In addition, the current transport behavior were analyzed with space charge effect of VAPs, Schottky emission in metal/GeSe interface and P-F emission by GeSe bulk trap in mind. The GeSe ReRAM device of M-I-M structure indicated the stable memory switching characteristics. Furthermore, excellent stability, endurance and retention characteristics were also verified.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2007.11a
• /
• pp.63.2-63.2
• /
• 2007

• Journal of Applied Reliability
• /
• v.16 no.1
• /
• pp.1-6
• /
• 2016

Purpose: Fluorine doped tin oxide (FTO) bottom electrode for $Ta_2O_5$ based RRAM was studied to apply for transparent resistive switching memory devices owing to its superior transparency, good conductivity and chemical stability. Methods: $ITO/Ta_2O_5/FTO$ (ITF) and $ITO/Ta_2O_5/Pt$ (ITP) devices were fabricated on glass and Si substrate, respectively. UV-visible (UV-VIS) spectroscopy was used to examine transparency of the ITF device and its band gap energy was determined by conventional Tauc plot. Electrical properties, such as electroforming and voltage-induced RS characteristics were measured and compared. Results: The device with an FTO bottom electrode showed good transparency (>80%), low forming voltage (~-2.5V), and reliable bipolar RS behavior. Whereas, the one with Pt electrode showed both bipolar and unipolar RS behaviors unstably with large forming voltage (~-6.5V). Conclusion: Transparent and conducting FTO can successfully realize a transparent RRAM device. It is concluded that FTO electrode may form a stable interface with $Ta_2O_5$ switching layer and plays as oxygen ion reservoir to supply oxygen vacancies, which eventually facilitates a stable operation of RRAM device.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2011.10a
• /
• pp.15.2-15.2
• /
• 2011

비휘발성 저항 메모리소자인 resistance random access memory (ReRAM)는 간단한 소자구조와 빠른 동작특성을 나타내며 고집적화에 유리하기 때문에 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항 메모리소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO를 기반으로 하는 amorphous InGaZnO (a-IGZO) 박막은 active layer 로써 박막트랜지스터 적용 시 우수한 전기적 특성을 나타내며, 빠른 동작특성과 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM 에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 또한 가시광선 영역에서 광학적으로 투명한 특성을 보이기 때문에 투명소자로서도 응용이 기대되고 있다. 본 연구에서는 indium tin oxide (ITO) 투명 전극을 적용한 ITO/a-IGZO/ITO 구조의 투명 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. Radio frequency (RF) sputter를 이용하여 IGZO 박막을 합성하고, ITO 전극을 증착하여 투명 저항 메모리소자를 구현하였고, resistive switching 효과를 관찰하였다. 또한, 열처리를 통해 a-IGZO 박막 내의 Oxygen vacancy와 같은 결함의 정도에 따른 on/off 저항의 변화를 관찰할 수 있었다. 제작된 저항 메모리소자는 unipolar resistive switching 특성을 보였으며, 높은 on/off 저항의 차이를 유지하였다. Scanning electron microscope (SEM)을 통해 합성된 박막의 형태를 평가하였고, X-ray diffraction (XRD) 및 transmission electron microscopy (TEM)을 통해 결정성을 평가하였다. 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145 를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
• /
• v.35 no.4
• /
• pp.348-352
• /
• 2022

Resistive switching behaviors of a co-sputtered zinc silicate thin film (ZnO and SiO₂ targets) have been investigated. We fabricated an Ag/ZnSiO_x/highly doped n-type Si substrate device by using an RF magnetron sputter system. X-ray diffraction pattern (XRD) indicated that the Zn₂SiO₄ was formed by a post annealing process. A unique morphology was observed by scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM). As a result of annealing process, 50 nm sized nano clusters were formed spontaneously in 200~300 nm sized grains. The device showed a unipolar resistive switching process. The average value of the ratio of the resistance change between the high resistance state (HRS) and the low resistance state (LRS) was about 106 when the readout voltage (0.5 V) was achieved. Resistance ratio is not degraded during 50 switching cycles. The conduction mechanisms were explained by using Ohmic conduction for the LRS and Schottky emission for the HRS.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2010.06a
• /
• pp.370-370
• /
• 2010

The effects of adding higher-valence impurities on the bipolar resistive switching characteristics of Pt/$NiO_{1+x}$/TiN MIM stacks and physical properties were investigated. $NiO_{1+x}$ films with 14% W deposited at 20% oxygen partial pressure exhibited the bipolar resistance switching characteristics in Pt/$NiO_{1+x}$/TiN MIM stacks, while $NiO_{1+x}$ films with 8.2% W show unipolar resistance switching behavior. The relationship of W-doping and the crystallinity was studied by X-ray diffraction. The metallic Ni contents and $WO_x$ binding states with W amount was investigated by XPS. Our result showed that the metallic Ni, $WO_x$ binding states, and crystallinity in $NiO_{1+x}$ played an important role on the bipolar resistive switching.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.22 no.8
• /
• pp.385-389
• /
• 2012

Significant improvements in the switching voltage distribution are required for the development of unipolar resistive memory devices using $MnO_x$ thin films. The $V_{set}$ of the as-grown $MnO_x$ film ranged from 1 to 6.2 V, whereas the $V_{set}$ of the oxygen-annealed film ranged from 2.3 to 3 V. An excess of oxygen in an $MnO_x$ film leads to an increase in $Mn^{4+}$ content at the $MnO_x$ film surface with a subsequent change in the $Mn^{4+}/Mn^{3+}$ ratio at the surface. This was attributed to the change in $Mn^{4+}/Mn^{3+}$ ratios at the $MnO_x$ surface and to grain growth. Oxygen annealing is a possible solution for improving the switching voltage distribution of $MnO_x$ thin films. In addition, crystalline $MnO_x$ can help stabilize the $V_{set}$ and $V_{reset}$ distribution in memory switching in a Ti/$MnO_x$/Pt structure. The improved uniformity was attributed not only to the change of the crystallinity but also to the redox reaction at the interface between Ti and $MnO_x$.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.28.1-28.1
• /
• 2011

비휘발성 저항 메모리소자인 ReRAM은 간단한 소자구조와 빠른 동작특성을 나타내며 고집적화에 유리하기 때문에 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항메모리소자 응용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO 박막은 이성분계 산화물로써 조성비가 간단하고, 빠른 동작특성을 나타내며, 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 또한 가시광선 영역에서 광학적으로 투명한 특성을 보이기 때문에 투명소자 응용에도 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 Metal/Insulator/Metal (Al/ZnO/Al) 구조의 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. Radio frequency (RF) sputter를 이용하여 ZnO 박막을 합성하고 박막의 결정성을 평가하였으며, resistive switching 효과를 관찰하였다. 합성된 박막 내부의 결정성은 메모리 구동 저항에 영향을 주며, 이를 제어하여 신뢰성있는 메모리 효과를 얻을 수 있었다. 특히 박막의 두께를 제어함으로써 구동전압의 변화를 관찰하였으며 소자에 적합한 두께를 평가할 수 있었다. 또한, ZnO 박막 내의 결함에 따른 on/off 저항의 변화를 관찰할 수 있었다. 제작된 저항 메모리소자는 unipolar 특성을 보였으며, 높은 on/off 저항의 차이를 유지하였다. Scanning electron microscope(SEM)을 통해 합성된 박막의 형태를 평가하였고, X-ray diffraction (XRD) 및 transmission electron microscopy (TEM)을 통해 결정성을 평가하였으며, photoluminescence (PL) spectra 분석을 통하여 박막 내부의 결함 정도를 평가하였다. 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.78.1-78.1
• /
• 2012

비 휘발성 저항 메모리소자인 resistance random access memory (ReRAM)는 빠른 동작특성과 저 전압 특성을 나타내고 비교적 간단한 소자구조로 고집적화에 유리하여 기존의 DRAM과 flash 메모리, SRAM 등이 갖고 있는 한계를 극복할 수 있는 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항 메모리소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO 를 기반으로 하는 amorphous InGaZnO (a-IGZO) 박막은 저온에서 대면적 증착이 가능하며 다른 비정질 재료에 비해 높은 전하 이동도를 갖기 때문에 박막트랜지스터 적용 시 우수한 전기적 특성을 나타낸다. 또한 빠른 동작특성과 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 본 연구에서는 MOM(metal/oxide/metal) 구조를 기반한 TiN/a-IGZO/ITO 구조의 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. IGZO 박막은 radio frequency (RF) sputter 를 이용하여 ITO/glass 기판 위에 증착하였다. MOM 구조를 위한 상부 TiN 전극은 e-beam evaporation 을 이용하여 증착하였다. 제작된 저항 메모리소자는 안정적인 unipolar resistive switching 특성을 나타내었으며, TiN 상부전극과 IGZO 계면 간의 Transmission Electron Microscopy (TEM) 분석을 통해 전압 인가 후 전극 금속 물질의 박막 내 삽입으로 인한 금속 필라멘트의 형성을 관찰 할 수 있었다. 합성된 박막의 형태와 결정성은 Scanning electron microscope (SEM)와 X-ray Diffraction (XRD)을 통해 평가 하였으며, 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145 를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.08a
• /
• pp.171-171
• /
• 2010

In this work, we investigated the effect of the oxidation temperature on the unipolar and bipolar resistance switching behaviors of the oxidized TiO-x films. TiOx films on Pt electrodes were fabricated by the oxidation of Ti films at $550^{\circ}C$ for 1 to 3 hours. The unipolar and bipolar resistance switching properties were investigated with the oxidation temperature and time. Also, the crystal structure and the physical properties such as chemical bonding states of TiOx layers were characterized in addition to the resistance switching characteristics. The resistance switching behaviors of TiOx films oxidized at above $450^{\circ}C$ and below $650^{\circ}C$ was shown. So, we investigated that the resistance switching behaviors of TiOx films oxidized at $550^{\circ}C$ with the oxidation time from 1 to 3 hour. The memory windows of unipolar switching in the oxidized TiOx films were reduced with increasing the oxidation time, but those of the bipolar switching were slightly enlarged. The enlargement of rutile TiO2 peak with increasing the oxidation time and temperature was studied by X-ray diffraction. An increase of non-lattice oxygen and Ti3+ in the TiOx films with the oxidation times was investigated by X-ray photoemission spectroscopy. It was expected that the uipolar and bipolar resistive switching of the oxidized TiOx film was strongly related with the migration of non-lattice oxygen anions and schottky barrier height, respectively.