Research for next-generation memory device is being actively carried out as technology advances. Especially, hafnium oxide ferroelectrics are being investigated as next-generation memory devices such as ferroelectric tunnel junction (FTJ) and ferroelectric field transistor (FeFET), owing to its excellent CMOS process compability and is advantageous in terms of device scaling. However, ferroelectrics suffer from the imprint effect (a horizontal shift in the coercive field and P-V hysteresis loop of ferroelectrics). The imprint effect has been regarded as a disadvantage because it causes an increase in operating voltage and malfunction of the memory device. Here, this study proposes a method of controlling the imprint by inserting a functional interlayer (tantalum oxide film, a fixed charge layer), in a hafnium-zirconium thin film. Additionally, by increasing the on/off current ratio of the FTJ device and the rectifying ratio for the self-rectifying ferroelectric tunnel junction device, the effect of the functional interlayer in the FTJ device was confirmed.
기술이 발전함에 따라서, 차세대 메모리 소자에 관한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 특히, 강유전성을 갖는 하프늄 옥사이드 박막은 CMOS 공정 적합성이 뛰어나며, 소자 스케일링 측면에서 유리하기 때문에, 강유전체 터널 정션 (FTJ) 및 강유전체 전계 트랜지스터 (FeFET) 와 같은 소자들이 연구되고 있다. 그러나, 강유전체에는 P-V 이력 곡선을 한쪽으로 편향시키는 임프린트 현상이 존재하며, 이는 메모리 디바이스의 동작전압 증가 및 오동작을 초래하므로 단점으로 간주되어 왔다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 기능성 중간층인 탄탈륨 옥사이드 기반의 고정 전하층을 하프늄-지르코늄 박막에 삽입하여 임프린트 현상을 조절하는 방법을 제안한다. 또한, 이를 응용하여 강유전체 터널 정션 소자의 온/오프 전류비와 자가 정류 강유전체 터널 정션 소자를 위한 정류비를 개선시킴을 통해, 강유전체 터널 정션 소자에서의 기능성 중간층의 효과를 검증하였다.
