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KR101607616B1 - 메모리 저항 스위칭 방법 - Google Patents

메모리 저항 스위칭 방법 Download PDF

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KR101607616B1
KR101607616B1 KR1020150068154A KR20150068154A KR101607616B1 KR 101607616 B1 KR101607616 B1 KR 101607616B1 KR 1020150068154 A KR1020150068154 A KR 1020150068154A KR 20150068154 A KR20150068154 A KR 20150068154A KR 101607616 B1 KR101607616 B1 KR 101607616B1
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Abstract

본 발명은 메모리 저항 스위칭 방법에 관한 것으로서, 기판 상에 산화물 박막이 형성되고 상기 산화물 박막의 양단에 형성된 두 개 단자를 포함하는 반도체 소자의 상기 산화물 박막에 근적외선 레이저를 조사하여, 상기 산화물 박막의 메모리저항을 변경하는 단계를 포함한다.

Description

메모리 저항 스위칭 방법{METHOD FOR SWITCHING MEMORY RESISTOR}
본 발명은 메모리 저항 스위칭 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바나듐 이산화물 박막을 기반으로 제조되는 메모리 저항 특성을 갖는 소자에 근적외선 레이저를 박막 기반 소자의 박막부에 조사하여 멤리스터 소자의 메모리 저항 상태를 스위칭하는 방법에 관한 것이다.
멤리스터(memristor)는 1971년 L. Chua 교수에 의해 최초로 제안되었던 개념으로 회로를 구성하는 기존의 3가지 집중 정수 요소 (lumped parameter) 인 커패시터 (capacitor), 인덕터 (inductor), 저항에 이은 4번째 구성 요소가 될 수 있을 것이라고 기대하였으나, 2008년에야 이르러서야 HP의 연구진들에 의해 티타늄 산화물(titanium oxide)을 기반으로 최초의 실용적인 소자가 구현되었다.
소자를 통과한 전하의 양을 기억하는 멤리스터는 디바이스의 저항 관점에서 정보가 저장되는 메모리 저항으로 작용하며, 반도체 회로와 결합할 경우 집적회로에 사용되는 트랜지스터의 수와 제조 원가를 대폭 낮출 수 있을 것이다. 특히, 멤리스터를 사용하여 저항 변화 메모리를 제조하면 비휘발성의 고속/대용량의 메모리 소자 제조가 가능하여, 기존의 플래시 메모리를 대체할 수 있을 것으로 평가받고 있다.
따라서 이와 같은 멤리스터 기반의 반도체 소자의 전기적 스위칭 방법에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 멤리스터 기반의 메모리 저항 스위칭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 메모리 저항 스위칭 방법은 기판 상에 산화물 박막이 형성되고 상기 산화물 박막의 양단에 형성된 두 개 단자를 포함하는 반도체 소자의 상기 산화물 박막에 근적외선 레이저를 조사하여, 상기 산화물 박막의 메모리저항을 변경하는 단계를 포함한다.
상기 근적외선 레이저의 구동 전류 및 펄스폭 (pulse duration)을 제어하여 근적외선 레이저를 조사할 수 있다.
상기 방법은 상기 산화물 박막을 일정한 온도로 유지하기 위하여 미리 설정된 온도 범위로 온도 바이어스를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 산화물 박막은, 상기 산화물 박막은 바나듐 이산화물(VO2) 박막일 수 있다.
상기 근적외선 레이저의 파장은 966nm일 수 있다.
상기 온도 범위는 40℃이상 85℃이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 메모리 저항 스위칭 방법에 따르면, 전기적인 펄스를 인가할 필요가 없이 소자의 활성 영역에 레이저광을 조사함으로써 소자의 저항스위칭을 구현하기 때문에 부차적 회로가 필요 없게 된다.
또한, 반도체 소자와 광 조사부가 완전히 분리되기 때문에 단락과 같은 사고의 발생 원인이 제거되어 오작동의 발생을 낮추어 시스템의 신뢰도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 저항 스위칭 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 저항 스위칭 방법을 테스트하기 위한 시스템도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 저항 스위칭 방법에 따른 메모리 저항의 변화를 도시한 그래프이다.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 뒤에 설명이 되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐를 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 뒤에 설명되는 용어들은 본 발명에서의 구조, 역할 및 기능 등을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 오로지 특허청구범위에 기재된 청구항의 범주에 의하여 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하며, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 반도체 소자의 전기적 스위칭 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 반도체 소자의 전기적 스위칭 방법을 테스트하기 위한 시스템도이다.
산화물 반도체 소자(110)는 기판 상에 산화물 박막(111)이 형성되고, 상기 산화물 박막(111)의 양단에 형성된 두 개의 단자(112,113)를 포함하여 형성된다. 상기 산화물 박막(111)의 양단에는 두 개의 단자(112, 113)가 연결되며, 상기 두 개의 단자(112, 113)는 티타늄-금 전극으로 이루어질 수 있다.
상기 산화물 박막(111)은 산화물 반도체 물질로서 전기적 스위칭이 가능한 소재라면 모두 적용이 가능하며, 바람직하게는 바나듐 이산화물(VO2) 박막일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 메모리 저항 스위칭 방법에 따르면, 우선 기판 상에 산화물 박막(111)이 형성되고 상기 산화물 박막(111)의 양단에 형성된 두 개 단자(112,113)를 포함하는 반도체 소자(110)의 상기 산화물 박막(111)을 일정한 온도로 유지하기 위하여 미리 설정된 온도 범위로 온도 바이어스를 인가한다(S100).
이때, 상기 온도 바이어스는 40℃이상 85℃이하로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 71℃이상 72℃이하로 설정될 수 있다. 본 실시예에서는 챔버(140) 내에서 바이어스 온도를 유지하여 상기 산화물 박막(111)의 온도를 일정하게 유지한다.
산화물 박막(111)이 바나듐 이산화물(VO2) 박막인 경우 상기와 같은 온도 범위 내에서 바이어스 온도를 인가하게 되지만, 산화물 박막(111)의 조성물을 변경하는 경우에는 미리 설정된 온도 범위의 바이어스 온도를 인가하지 않고 실온 상태에서 본 발명의 실시에에 따른 메모리 저항 스위칭 방법이 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 메모리 저항 스위칭 방법에 있어서, 미리 설정된 온도 범위의 온도 바이어스 인가하지 않고, 실온에서 메모리 저항 스위칭 방법도 가능하다.
그리고 나서, 상기 산화물 박막(111)에 근적외선 레이저를 조사하여, 상기 산화물 박막(112)의 메모리저항을 변경한다(S200).
더욱 상세하게 설명하면, 근적외선 레이저 다이오드(120)로부터 조사되는 레이저광을 광섬유(130) 및 빔집중기(150)를 통해 집광하여 상기 산화물 박막(111)에 레이저광(160)을 조사한다. 상기 레이저광의 파장은 966nm일 수 있다.
상기 단자(112, 113)에 연결된 멀티미터(170)를 통해 산화물 박막(111)의 저항값을 측정하고, 디지털 서모미터(180)을 통해 상기 산화물 박막(111)의 온도를 모니터링한다.
이때, 상기 근적외선 레이저 다이오드(120)에 인가되는 구동전류의 전류 및 펄스폭(pulse duration)을 제어함으로써, 상기 산화물 박막(111)의 저항값을 변경시킴으로써 메모리 저항 스위칭이 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 저항 스위칭 방법에 따른 메모리 저항의 변화를 도시한 그래프이다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 6번의 연속적인 레이저 펄스에 따라 산화물 박막(111)의 저항값이 변화됨을 확인할 수 있다. 상기 도 3에서 빨간 색으로 표시된 2A, 3A, 4A, 5A, 6A 및 7A는 레이저 구동 전류를 나타낸다. 상기 도 3에서 2A의 구동전류로 산화물 박막(111)에 근적외선 레이저가 인가되면, 저항값이 변화하고, 변화된 상태를 유지하다가, 다시 3A의 구동전류로 산화물 박막(111)에 근적외선 레이저가 인가되면, 저항값이 변화되고, 변화된 상태를 유지하다가 다시 4A의 구동전류로 산화물 박막(111)에 근적외선 레이저가 인가되면, 저항값이 변화되고, 변화된 상태가 유지된다.
이는 결국, 산화물 박막(111)에 레이저를 조사하여 산화물 박막(111)이 다양한 저항 상태를 가지게 할 수 있으며, 또한, 그 값을 유지시킬 수 있기 때문에 메모리 소자로서의 활용이 가능하다.
이와 같은, 산화물 박막(111)에 조사되는 근적외선 레이저의 구동전류 및 펄스폭(pulse duration)을 제어함으로써, 산화물 박막(111)의 저항값의 변화를 이용하여 멤리스터의 특성의 구현이 가능하다.
또한, 바나듐 이산화물 박막은 상전이(phase transition)가 일어난 이후 근적외선의 흡수율이 떨어지므로, 근적외선 레이저를 사용하면 가시광선 레이저를 사용할 때보다 열이 빠르게 식을 수 있으며, 그 결과 레이저 조사 직후의 메모리저항 변동(fluctuation)이 기존에 비해 적어 빠르게 안정화될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
100:시스템 110:산화물 반도체 소자
111:산화물 박막 112:전극
113:전극 120:레이저 다이오드
130:광섬유 140:챔버
150:빔집중기 160:레이저광
170:멀티미터 180:디지털 서모미터

Claims (6)

  1. 기판 상에 산화물 박막이 형성되고 상기 산화물 박막의 양단에 형성된 두 개 단자를 포함하는 반도체 소자의 상기 산화물 박막에 근적외선 레이저를 조사하여, 상기 산화물 박막의 메모리저항을 변경하는 단계를 포함하고,
    상기 근적외선 레이저의 구동 전류 및 펄스폭 (pulse duration)을 제어하여 상기 근적외선 레이저를 조사함으로써 상기 산화물 박막의 메모리저항이 변경되는 것을 특징으로 하는,
    메모리 저항 스위칭 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방법은
    상기 산화물 박막을 일정한 온도로 유지하기 위하여 미리 설정된 온도 범위로 온도 바이어스를 인가하는 단계를 더 포함하는,
    메모리 저항 스위칭 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화물 박막은,
    상기 산화물 박막은 바나듐 이산화물(VO2) 박막인
    메모리 저항 스위칭 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 근적외선 레이저의 파장은 966nm인,
    메모리 저항 스위칭 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 온도 범위는 40℃이상 85℃이하인
    메모리 저항 스위칭 방법.
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