In this thesis, two-terminal next-generation non-volatile memories including polymer memory and resistance memory have been investigated. Polymer memory comprising of a thin Al layer embedded within AIDCN polymer layer was fabricated. The device showed non-volatile memory effect, but unreliable switching characteristics.
A simple binary oxide resistance memory was fabricated with cross-bar, wet-etched via-hole and dry-etched via-hole structures. Comparing with other binary oxide devices, $Al/TiO_x/Al$ structure device shows asymmetric and area dependent switching behavior. As decreasing cell size, on and off currents also decrease and the ratio between these two states and the switching voltages are uniform. Therefore, $Al/TiO_x/Al$ structure device is promising one for high density memory. Switching mechanism based on trap-controlled Space-charge-limited-current is proposed. The data demonstrate that the resistance switching takes place at the between Al and $TiO_x$ interface. Via-hole structure is more reliable than the cross-bar structure due to absent of the side-wall and corner effect.
본 석사학위 논문에서는 핵심 차세대 비 휘발성 메모리로 주목 받고 있는 PoRAM과 ReRAM의 제작과 측정 결과에 대해 나타내었다. Al/AIDCN/Al/AIDCN/Al 구조를 갖는 PoRAM을 제작하고 비 휘발성 메모리 특성을 확인하였다. 하지만 신뢰성이 개선되지 않아서, polymer에 비해 뛰어난 신뢰성을 갖는 oxide를 이용한 $Al/TiO_x/Al$ 구조의 ReRAM으로 연구방향을 수정하였다. Switching 원리에 대해 살펴보기 위해, cross-bar와 wet-etch via-hole, dry-etch via-hole 구조를 갖는 $Al/TiO_x/Al$ 소자를 제작하였다. 제작된 소자는 기존에 보고된 binary oxide의 switching 특성과 달리 비대칭적인 switching 특성을 보이며, 면적 의존도를 보였다. Cell 면적이 감소할수록, on과 off 전류는 감소하지만 그 비와 switching 전압은 일정하게 유지되어서 고집적 메모리에 적합한 특성을 확인하였다. 또한 switching 원리로는 trap-controlled Space-charge-limited-current가 제안되었으며, switching은 Al 전극과 $TiO_x$ 산화물의 계면에서 일어나는 것을 확인하였다. 그리고 via-hole 구조가 corner 혹은 측면 영향이 없기 때문에 cross-bar보다 안정적인 switching 특성을 보였다.
