Next generation nonvolatile memories (NVMs) such as a ferroelectric random access memory (FRAM), a phase-change random access memory (PRAM), a resistive random access memory (RRAM), and a magnetic random access memory (MRAM) have attracted considerable attention because of their unique advantages when compared to the a dynamic random access memory (DRAM) and a flash memory. Although they are promising candidates for the NVM, there are unsolved problems for the practical applications. In this thesis, ferroelectric tunnel junction (FTJ) is demonstrated for the next-generation NVM with improved performances. The high performance FTJ is realized using semiconductive oxide electrode, which enhances the on/off ratio and develops diode-like property. In addition, a novel neurosynaptic device is proposed for the neuromorphic computing system, which unifies volatile threshold switch and nonvolatile phase change memory in a single device. This threshold switch-phase change memory (TS-PCM) device demonstrates neuronal intrinsic plasticity and synaptic plasiticty in a concomitant manner, emulating biological neuron and synapse simultaneously.
강유전성 메모리, 상변화 메모리, 그리고 저항변화 메모리와 같은 차세대 비휘발성 메모리는 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 및 플래시 메모리와 비교할 때 높은 성능 및 비휘발성으로 인해서 큰 주목을 받고 있다. 해당 소자들은 차세대 비휘발성 메모리의 유망한 후보이지만, 실제 상용화를 위해서는 해결돼야만 하는 요소들이 남아있는 상황이다. 본 논문에서는 성능이 향상된 차세대 비휘발성 메모리 구현을 위해서 강유전체 터널 접합(FTJ)을 제시한다. 반도체 산화물 전극을 사용하여 높은 on/off 비율과 다이오드 특성을 가지는 고성능의 FTJ를 구현하였다. 또한, 휘발성의 임계값 스위치와 비휘발성 상변화 메모리를 단일 장치에 통합하는 새로운 뉴로-시냅스 장치를 제시한다. 이 임계값 스위치-상 변화 메모리(TS-PCM) 장치는 생물학적 뉴런과 시냅스를 동시에 에뮬레이트하여 뉴런 고유의 가소성과 시냅스 가소성을 하나의 소자에서 동시에 구현한다.
