Resistive Random Access Memory (RRAM) has emerged as a promising candidate for next-generation storage class memory, primarily owing to its simple structure, cost-effectiveness in the manufacturing process, and high endurance. Despite these advantages, the commercialization of RRAM has been hindered by cell-to-cell variance. Various solutions have been proposed, with methods concentrating electric fields through electrode engineering, such as protruding electrodes, showing promising outcomes. However, existing studies have not fully explored the extent of changes in switching characteristics or the variations in these characteristics based on the specifications of the protruding electrode when applied. This thesis investigated the impact of a protruding top electrode on RRAM, analyzing the enhancement in switching performance with respect to the depth and slope of the protruding electrode through multi-physical simulation. The outcomes provide some simple design rules for applying protruding electrodes. Furthermore, we analyzed the variation in the effect of protruding electrodes concerning different switching layer materials and confirmed the potential of utilizing surface roughness to improve the switching performance of RRAM.
저항 메모리 (Resistive Random Access Memory: RRAM) 는 간단한 구조, 낮은 공정 비용, 우수한 내구성을 핵심 장점으로 하여 차세대 스토리지 클라스 메모리의 후보로서 주목받아왔다. 다만, 셀 간 변동이 크다는 문제점이 저항 메모리의 상용화를 어렵게 하고 있는데, 이를 해결하기 위해 다양한 방법이 제시되었고, 특히 돌출 전극 등 전극 엔지니어링을 통한 전기장을 집중시키는 방법이 주목할 만한 성과를 보여주었다. 하지만, 돌출전극을 적용했을 때 스위칭 특성의 변화나 돌출전극의 사양에 따른 스위칭 특성 변화 정도에 대한 연구는 아직 부족한 상태이다. 본 논문에서는, 상부 돌출 전극을 RRAM에 적용하였을 때, 돌출 전극의 깊이, 기울기에 따른 스위칭 성능 향상 경향성을 다물리 시뮬레이션을 통해 조사하였다. 이를 통해 돌출전극의 간단한 설계 규칙을 제시하였다. 또한, 돌출전극을 가진 RRAM의 스위칭 물질에 따른 스위칭 성능을 분석했으며, 스위칭 성능 향상 측면에서 표면 거칠기의 활용 가능성을 확인하였다.
