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표제지 2

목차 5

기호설명 9

국문요약 10

Ⅰ. 서론 11

Ⅱ. 이론 13

제 1절 Overview of RRAM 13

1. Device structure and operation principle 13

2. RRAM mechanism 16

3. RRAM resistive switching mechanism 18

제 2절 Nickel Oxide (NiO) RRAM 21

1. Resistive switching characteristics of NiO RRAM 21

2. NiO RRAM Conductive Filament (CF) 24

제 3절 Impedance Theory 25

1. Impedance Theory 25

2. Self-Inductance and Induced Current 32

3. Mutual Inductance 34

Ⅲ. 본론 37

제 1절 Experimental Background and Technical Issues for NiO-based RRAM Device Fabrication 37

1. Material characteristics and Technical Considerations of NiO-based RRAM 37

2. Technological Factors Affecting Device Operation Reliability 41

제 2절 Fabrication and Experimental Characterization of NiO-based RRAM Devices 43

1. Fabrication conditions of NiO-based RRAM devices 43

2. Experimental methods and characterization techniques 47

제 3절 Impedance Spectroscopy Analysis of Resistive Switching Device 49

1. Analysis of impedance characteristics 49

2. Equivalent Circuit Modeling and Mutual Inductance Analysis 53

3. Physical Interpretation and validation of the model 60

Ⅳ. 결론 62

참고문헌 63

Abstract 71

표목차 7

표 1. NiO 박막 증착 공정 조건 45

그림목차 8

그림 1. RRAM Cell의 기본구조 MIM 15

그림 2. ECM, VCM resistive switching mechanism 15

그림 3. RRAM의 변형 구조 (multilayer, nanopillar, crossbar array) 15

그림 4. RRAM 작동 원리 17

그림 5. RRAM의 Unipolar, Bipolar 스위칭 I-V 곡선 20

그림 6. RRAM Threshold 스위칭 I-V 곡선 20

그림 7. NiO RRAM Unipolar 스위칭 I-V 곡선 23

그림 8. NiO RRAM Threshold 스위칭 I-V 곡선 23

그림 9. RC 회로 구성에 따른 주파수 응답의 Nyquist plot 예시 29

그림 10. OFF State에서의 주파수에 따른 임피던스 응답 분석 51

그림 11. OFF State에서의 Nyquist plot 51

그림 12. ON State에서의 주파수에 따른 임피던스 응답 분석 52

그림 13. ON State에서의 Nyquist plot 52

그림 14. OFF state에서의 임피던스 측정값 및 피팅 결과 54

그림 15. OFF state Nyquist plot 및 피팅 곡선 55

그림 16. ON State에서의 임피던스 측정값 및 피팅 결과 59

그림 17. ON state Nyquist plot 및 피팅 곡선 59

초록보기

 기존 Flash memory와 DRAM은 소자의 고집적화를 위한 scale down 과정에서 공정상의 구조적 한계와 난이도 증가로 인해 제조 비용이 상승하고 있다. 이에 따라 새로운 구조의 차세대 메모리의 필요성이 증가하고 있으며, 그 중 Resistive Random Access Memory(RRAM)는 2-terminal의 멤리스터 기반 소자로 주목 받고있다. RRAM은 인가 전압에 따라 저항 상태가 변화하는 특성을 가지며, 실제 산업에 RRAM을 적용하기 위해서는 저항 변화에 대한 스위칭 메커니즘을 명확히 할 필요가 있다.

현재까지 많은 연구를 통해 도전성 필라멘트 형성과 소멸을 기반으로 한 스위칭 모델이 제시되어 있지만, 임피던스 분광 분석을 활용한 저항 스위칭 메커니즘 해석은 상대적으로 부족한 실정이다. 본 연구에서는 R 금속/산화물/금속 구조의 NiO 기반 RRAM 소자를 대상으로, 임피던스 측정을 통해 얻은 등가회로 모델을 제안하고, C-AFM을 통해 관측된 필라멘트 정보를 연계하여 저항 스위칭 현상을 정량적 · 물리적으로 분석하였다. 이를 통해 RRAM 스위칭 메커니즘에 대한 새로운 해석 방향을 제시하고자 한다.

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