Transcript 전략산학 2기 워크샵_주영창교수님

전략산학 2기 워크샵
원자이동의 예측 및 제어를 통한
고신뢰성 차세대 메모리 개발
주영창 교수님
대표학생 : 박용진
[email protected]
010-3139-9363
Seoul National University
연구의 필요성 : 원자이동
 상변화 메모리 (PcRAM)

 저항변화 메모리 (ReRAM)
상변화 메모리의 동작원리
저항변화 메모리의 동작원리

(+)
( > T c)
Power
Set Pulse
Reset
Time
Crystalline
Joule Heating
Using
electrical current
(Disordered)
106 ~ 107 A/cm2
High Resistance
j
Amorphous
(Ordered)
Reset Pulse
Low Resistance
( > Tm)
(TiO2, NiO, ZnO, CuO, etc.)
Extrinsic metal ion (Mn+)
E dielectri
Intrinsic oxygen ion (O2-)
c Bottom

Power
Set
Metal oxide
Are
a
Top electrode
저항변화 메모리의 원자이동에 의한 변화
Time

상변화 메모리의 원자이동에 의한 파손
- 구성 원소들의 조성
변화
J.B.Park et al.,
J. Electrochem. Soc. (2007)
- 보이드 발생으로 인
한 파손
Conductive filament (CF) Schottky Barrier
A. Mehonic et al., Scientific reports 3
(2013)
A. Sawa et al., Mater Today, 11
(2008)
C. -F. Chen et al., IEEE (2009)
물질 내 원자(이온)이동에 의해서 소자의 저
항이 가변적으로 변화함.
S. M. Yoon et al.
Appl. Surf. Sci., (2007)
Memristor (Memory+Resistor) 로도 명명함.
Seoul National University
연구내용 및 기대성과 : 상변화 메모리
Ge2Sb2Te5 (GST)
◈ 상변화 메모리의 원자이동에 따른 문제
1. 높은 전류밀도로 인
한 보이드 생성 및
조성의 변화
Phase change materials
Bottom Electrode
2. 소자 내부의 전류의
불균형
Resistance (R)
450
0.17
0.33
0.5
0.67
0.83
1
1.17
1.33
1.5
1.67
400
350
300
MA/cm2
250
3. 다양한 수준의 전류
(쓰기/읽기) 사용
0
5
10
15
20
25
30
Time (h)
전류 수준
SEM 이미지
특징
연구성과
High current
(>> 1 MA/cm2)
순간적인 파손
보이드의 뭉침 현상
용융상 EM
1,2 차년도
Mid current
(~ 1 MA/cm2)
지속적인 저항 증가
나노 사이즈 보이드 형성
결정상 EM
3, 4 차년도
Low current
(< 1 MA/cm2)
보이드 생성 없음
저항의 감소
결정상 EM
4, 5 차년도
2 μm
Seoul National University
연구내용 및 기대성과 : 상변화 메모리
◈ 결정상 Ge2Sb2Te5의 전류밀도에 따른 저항 및 물성 변화
IV sweep
Insulating
0.33
0.5
0.67
0.83
1
1.17
1.33
1.5
1.67
0.015
0.010
0.005
0.000
Metallic
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0.5
0.67
0.75
0.83
1
1.33
2
(unit : MA/cm )
0.020
2
(unit : MA/cm )
Resistivity (cm)
Resistivity (cm)
0.020
TCR test
0.015
 첫번째 스윕에서 저항 감소가 모두 발
생 : 빠른 변화
0.010
0.005
0.000
 GST에 낮은 수준의 전류 밀도 (~ 1
MA/cm2) 인가시 가해진 전류의 세기
따라 저항이 감소
260
280
300
320
340
360
380
 전기적 처리를 한 GST의 온도에 따른
저항 변화는 음(-)의 거동에서 양(+)의
거동으로 변화함
Temperature (K)
2
Current density (MA/cm )
Final Resistivity ( cm)
전기적 처리 (FCC)
0.020
 GST의 최종온도는 가해진
전류밀도의 수준에 따라
결정됨
RT
o
100 C
o
200 C
0.015
 외부 온도에 따라 초기 저
항이 감소하지만 저항변화
가 동일한 곡선을 따라감
0.010
0.005
0.000
0.0
0.5
1.0
1.5
열 처리 (HCP)
2.0
2
Peak current density (MA/cm )
 새로운 저항 변화 기반 소
자 응용 가능성
013
103
210
 전류에 의한 metallic 상은 상변화 없이
FCC 상을 유지함.
Seoul National University
연구실 현황
 연구실 학생 분포표
구분
계(인원)
박사과정
석사과정
계(인원)
18명
11명
7명
삼성 전략산학 장학생
3명
3명
0명
삼성 SSSP 장학생
0명
0명
0명
삼성학술연수생
0명
0명
0명
기타 일반 삼성 장학생
1명
1명
0명
 참가 학생 역할
학생 I. 박용진 박사과정 (신분 : 삼성 전략산학 장학생, 참여율 : 30 % )
연구분야
관심 사업부
E-Mail
휴대폰
박사연차
상변화 메모리
반도체 연구소
[email protected]
010.3139.9363
6년
학생 II. 연한울 박사과정 (신분 : 기타 일반 삼성 장학생, 참여율 : 30 % )
연구분야
관심 사업부
E-Mail
휴대폰
박사연차
산화물 반도체
반도체 연구소
[email protected]
010.9217.2319
6년
학생 III. 임승민 박사과정 (참여율 : 20 % )
연구분야
관심 사업부
E-Mail
휴대폰
박사연차
산화물 반도체
반도체 연구소
[email protected]
010.8588.7063
3년
학생 IV. 정민우 석사과정 (참여율 : 20 % )
연구분야
관심 사업부
E-Mail
휴대폰
박사연차
칼코제나이드 화합물
반도체 연구소
[email protected]
010.2013.3593
2년
Seoul National University