A flexible type of 1T-1R structure Resistance random access memory (ReRAM) is presented that show good endurance and memory performance. $TiO_2$ was used memory material, μs-Sc technology was applied to fabricate transistor. All process flows are compatible with conventional silicon technology. The simple structure, metal-insulator-metal(MIM), of the flexible ReRAM leads to excellent flexibility and lower processing costs compared to other current flexible memories. In addition, flexible 1T-1R structure can pre-vent cross-talk problem. These results imply that the application of flexible ReRAM can be introduced to low-cost consumable, and wearable memory device.
유비쿼터스 시대의 도래에 따라 점차 유연한 전자 소자들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 유기물을 사용한 유기물 반도체, 유기물LED등은 오랜 기간 연구되고 있으며, 무기물(실리콘, 화합물 반도체등)을 이용한 연구는 최근 10년 동안 활발히 진행되고 있다.
유기물을 이용한 반도체의 경우 재료의 특성상 휨 성질이 아주 우수하여, 손쉽게 유연한 소자를 제작할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 하지만, 유기물 반도체의 경우 무기물 반도체에 견주어 볼 때 성능이 매우 낮다는 단점을 지니고 있다. 이는 재료적 특성의 한계로 성능향상의 한계가 존재한다. 때문에 우수한 성능의 유연한 반도체가 필요하게 되었고, 유연한 유기물 반도체의 대안으로 유연한 무기물 반도체가 나오게 되었다. 현재 유연한 무기물 반도체를 제작하는 다음 방법들이 제시 되었다.
첫 번째 방법은 미국 일리노이 공대의 라저스교수 그룹에서 마이크로 스트럭처 반도체 기술을 개발하여, 유연한 고성능 트랜지스터, 태양전지 등을 구현하였으며, 이용한 재료로는 SOI (silicon on insulator), Silicon (111) wafer, GaN 기판등을 사용하였다.
다음으로 미국 콜롬비아 대학의 제임스 임 교수 그룹에서는 비정질 실리콘을 플라스틱 박막에 증착한 후 레이져를 이용하여 결정화하여 고성능의 단결정 실리콘을 만들었다. 그 밖에 그라핀을 이용하여 고성능의 유연한 무기물 반도체를 제작하려는 연구도 많이 진행 되고 있다.
위 연구 이외에 유연한 단일 트렌지스터 소자에 머물지 않고 유연한 기판에서 에너지의 발전, 정보를 저장할 수 있는 메모리, 직접회로 등을 구현하려는 연구가 시도되고 있다. 이 중 유연한 메모리는 유연한 전자 공학에서 필수적인 요소로 부각되고 있다. 특히 메모리의 집적화 및 정확도를 위해서는 트랜지스터나 다이오드와 같은 스위칭 요소가 같이 결합된 유연한 메모리가 요구되고 있다. 본 연구에서는 마이크로스트럭쳐 반도체 기술을 이용하여 유연한 기판상에 1T-1R 구조의 ReRAM을 제작하였고 그 특성에 대한 분석을 시행하였다. 본 논문에서 제작된 1T-1R 구조의 유연한 ReRAM은 $TiO_2$를 메모리 재료로 사용되었고 마이크로스트럭쳐 반도체 기술을 적용시켰다. 이는 플라스틱 기판 상에서 뛰어난 내구성과 성능을 가지고 있었었다. 본 메모리의 간단한 구조는-MIM(Metal-Insulator-Metal)- 다른 메모리와 비교하여 뛰어난 유연성을 가질 수 있고 생산단가를 낮출 수 있다. 추가로 1T-1R 구조는 크로스 토크 문제를 막을 수 있었다. 이러한 결과는 유연한 전자소자가 낮은 단가로 입을 수 있는 메모리 소자에 적용될 수 있다는 것을 알려준다. 본 연구에서는 최초로 유연한 플라스틱 기판상에1transistor-1resistor(1T-1R) 구조의 메모리를 구현하였으며, 특성을 평가하고자 첫째로 전류-전압 특성곡선을 측정하였으며 낮은 저항 상태(Low Resistance State, LRS)와 높은 저항 상태(High Resistance State, HRS)의 저항비가 20배 이상인 것을 확인하였다. 둘째로 내구성을 측정하기 위해서 100번 이상의 on/off 반복을 수행하였으며 저항비가 20배 정도를 유지함을 확인하였다. 셋째로 보존성을 측정하기 위하여 LRS, HRS 각각 1$0^4$ 초 동안 측정을 하였고 저항비가 유지됨을 확인하였다. 넷째로 인접한 셀간의 간섭현상이 존재할 지를 확인해보기 위해서 게이트에 음의 전압을 가하여 채널을 닫은 상태에서 전압을 인가해보았을 때에 저항값이 아무런 변화가 없는 것을 확인해보았다. 다섯번째로 게이트를 플로팅 상태로 전압을 인가해보았을 때에 저항값이 아무런 변화가 없는 것을 확인해보았다.
