The phase-change memory(PCM) has been noticed as the emerging storage-class memory bridging the gap between DRAM and Flash memory with excellent technical maturity. Also, PCM has been regarded as the multi-bit memory and synaptic device for neuromorphic computing due to its continuous resistance level. However, The resistance drift, which is the temporal rise of device resistance, has been a significant obstacle to device application. To address that issue, the nanoconfined ultrathin single-element PCM was proposed. In this work, the multi-physics framework for crystallization simulation of PCM has been developed and applied to an antimony-based monatomic device. Previous device simulations have simulated typical phase-change material and the drift current was only considered. Therefore, this work has used emerging phase-change material antimony and considered diffusion current by thermoelectric effect. The pulse simulations were performed to verify the feasibility of PCM as multi-bit memory and neuromorphic device.
상변화 메모리 (Phase-change memory)는 높은 기술 성숙도를 바탕으로 DRAM과 Flash memory의 메모리 갭을 잇는 차세대 스토리지 클라스 메모리로서 주목받고 있다. 또한 연속적인 저항 레벨을 가질 수 있어 멀티-비트 메모리나 뉴로모픽 컴퓨팅을 위한 소자로 여겨진다. 하지만 비정질 상태에서 시간에 따라서 저항이 상승하는 저항 드리프트 현상이 소자 활용을 가로막는 대표적인 단점으로 꼽히고 있다. 이를 위해서 구속효과 (confinement effect) 를 활용한 매우 얇은 단원자 (single-element) 상변화 메모리가 제시되었다. 본 연구에서는 상변화 메모리의 결정화를 시뮬레이션할 수 있는 다물리 프레임워크를 개발하고, 이를 안티모니 기반 단원자 상변화 메모리에 적용하였다. 기존 소자 시뮬레이션은 대표적인 상변화 물질만을 대상으로 하고, 드리프트 전류만을 고려한 경우가 대부분이다. 따라서 본 연구에서는 유망한 신물질인 안티모니를 차용하였고, 열전효과에 의한 디퓨전 전류까지 고려하였으며, 펄스 시뮬레이션도 진행하여 멀티-비트 메모리와 뉴로모픽 소자로서의 가능성을 확인하였다.
