As enter of advanced information society, there is a growing demand for wearable devices. Consequently, the development and industrialization of various electronic devices using organic materials have been taking place. However, information processing still predominantly relies on inorganic-based components such as CPUs and GPUs. Therefore, there is a significant interest in flexible flash memory for wearable devices. Organic-based flash memories are gaining attention as essential devices of future electronic components due to their mechanical flexibility and lightweight characteristics. In particular, organic flash memory, based on organic thin-film transistor structures, can exhibit the same effect as applying voltage when introducing an electron storage layer, enabling memory operation. However, previous flexible flash memory faced issues with high operating voltages and reduced stability, necessitating the introduction of materials with excellent insulation properties, even in thin film thicknesses. This paper aims to develop low-voltage, highly stable operable organic memory and further enhance the utility for processing of these memory components. The insulating material was developed through a process of initiated chemical vapor deposition (iCVD). iCVD process enables the deposition of high-purity polymer films with excellent uniformity, allowing for polymerization through uniform mixing in the atmosphere without phase separation. By applying materials with suitable insulation properties and appropriate dielectric constant characteristics to the memory components, we have developed organic flash memory that operates at low voltages while demonstrating high stability. Furthermore, we propose a novel application by connecting or introducing memory structures into heterojunction semiconductors, which combine p-type and n-type semiconductors. Through the connection of heterojunction transistors and organic memory, we implemented a ternary operation circuit with adjustable electrical properties. Additionally, by directly combining memory structures with heterojunction transistor, we developed a Gaussian-shaped, adjustable-output memory, enabling nonlinear computations and creating intelligent computational devices. In conclusion, this research has presented the development of high-performance organic flash memory and demonstrated new applications as processing unit.
최첨단 정보화 사회로 진입함에 따라 웨어러블한 장치에 대한 요구가 커지고 있다. 이에 따라, 유기물을 이용한 다양한 전자소자에 대한 개발 및 산업화가 이루어져있다. 하지만 여전히 정보의 연산과 처리는 cpu와 그래픽 카드와 같은 무기물 기반으로 이루어진 것이 대부분이다. 따라서 웨어러블 장치를 위해 유연 플래시메모리 소자에 관한 관심이 매우 커지고 있다. 유기물 기반 플래시 메모리 소자는 기계적 유연성, 가벼운 무게 등의 특징으로 인해 미래형 전자소자의 필수 구성요소로서 각광받고 있다. 특히, 유기물 플래시 메모리 소자는 유기 박막 트랜지스터 구조에 기반을 두고 있다. 유기박막 트랜지스터에 전자를 저장할 수 있는 전자 저장층을 도입할 시에, 가두어진 전자가 전압을 가해준것과 같은 효과를 나타내어 메모리 동작을 얻을 수 있다. 하지만 선행된 유연플래시 메모리 소자는 높은 구동전압과 그 안정성이 떨어지는 문제가 있어 박막의 두께에도 우수한 절연성을 지니는 소재 도입이 필요하다. 본 논문은 저전압, 고안정성의 구동 가능한 유기 메모리 소자 구현과 더불어 메모리 소자의 활용도를 더욱 높힐 수 있는 다양한 연산 정치로에 대한 응용을 목표로 한다. 절연소재는 개시제를 이용한 화학 기상 증착 공정 (initiated chemical vapor deposition, 이하 iCVD)을 통해 개발되었다. iCVD 공정은 고순도의 고분자 박막을 우수한 균일도로 증착이 가능하며, 상분리 없이 기상에서의 균일한 혼합을 통한 공중합 형성이 가능하다. 이를 통해 메모리 소자에 적합한 얇으면서도 우수한 절연소재 및 적합한 유전상수 특성을 지낸 소재를 적용함으로, 저전압 동작이 가능하면서도 고안정성을 보이는 유기 플래시 메모리를 구연하였다. 뿐만 아니라, p타입과 n타입 두 반도체를 접합시킨 이종접합 반도체에 메모리 소자구조를 연결 또는 도입하여 구동소자로의 다양한 활용을 새로이 제시하였다. 이종접합 트랜지스터와 유기 메모리 소자의 연결을 통해 전기적 특성을 조절할 수 있는 삼진 연산 회로 구현 진행하였으며, 이종접합 구조에 메모리 구조를 직접적으로 결합하여 가우시안 형태의 출력 조절 가능한 메모리를 개발하여 비선형적 계산이 가능한 지능형 연산 소자를 개발하였다. 결론적으로 본 연구를 통해 고성능 유기 플래시 메모리의 개발 및 연산소자로의 새로운 활용을 제시할 수 있었다.
