Phase change memory (PCM), which exploits the phase change behavior of chalcogenide materials, has tremendous advantages over conventional solid-state memory due to its non-volatility, high speed, and scalability. However, the critical challenge of PCM lies in its high power consumption which has been the most significant obstacle to its widespread commercialization. Here, we present a novel approach based on the self-assembly of a block copolymer (BCP) to form a thin nanostructured SiOx layer which locally blocks the contact between a heater electrode and a phase-change material. Phase change material, Ge2Sb2Te5, is deposited by dc-magnetron sputtering and investigated the temperature dependence of structure change and electrical properties by XRD(X-ray diffraction), DSC(Differential Scanning Calorimetry) and 4-point probe analysis. XRD, DSC and 4-point probe analysis result show that the crystalline temperature and melting point of Ge2Sb2Te5 was in the ranges of 150~200°C and 614°C respectively. The set and reset current decreases by 12% and 30% respectively when the SiOx HPL (Hexagonally Perforated Lamellae) nanostructures are deposed on between a heater electrode and a phase-change material. The writing current decreases explain the current reduction mechanism by the localized switching of BCP-blocked phase change materials. This device also showed stable retention of up to 10^5 sec at room temperature.
상변화 메모리는 고집적화, 저소비전력, 신뢰성면에서 우수한 특성을 갖기 때문에, 차세대 비휘발성 메모리의 유망한 후보 중 하나로서 지난 수 십년 동안 연구되어 왔다. 하지만 현재 상변화 메모리가 휴대용 전자장비에서 중심 메모리가 되기위해서는 높은 reset current는 여전히 저전력 동작을 위하여 해결해야 할 과제이고 reset current를 줄이기 위하여 여러가지 시도가 되고 있다. 그 방법으로 상변화 물질, 구조 그리고 계면 변경하는 연구가 진행되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 공정이 복잡하고 비용이 많이 들거나 공정시간이 길어 top down 공정에 적용하기 어렵다. 본 연구에서는 비용이 적게 들면서 간단한 공정으로 이루어진 BCP self-assembly 기술을 이용하여, 균일하게 특정한 나노구조의 절연 물질을 증착시켜 상변화 메모리의 reset current의 감소 가능성을 연구하였다. 이 기술을 이용하여 상변화 물질과 히터 물질 사이에 자기 정렬된 SiOx HPL(Hexagonally Perforated Lamellae) 나노구조를 형성시킴으로써, 접촉 면적을 감소시켰다. 이렇게 BCP self-assembly를 이용한 소자의 전기적 특성평가를 하였다. 전류-전압 곡선에서 1.8V의 항복전압을 가지고 있었으며, 저항-전압 곡선에서 SiOx HPL 나노구조를 형성 시킨 소자는 그렇지 않은 소자보다 reset current가 34.0mA에서 20.7mA로 약 30% 감소되었고 set current는 13.0mA에서 11.4mA로 12% 감소되었다. 보전성 특성 평가 실험을 한 결과 10^5초까지 비정질상태와 결정질 상태의 소자 저항 비가 10^2을 유지하였다. 이러한 결과를 바탕으로 BCP self-assembly 기술을 이용하여 상변화 물질과 히터 물질 사이를 부분적으로 전류를 막아 상변화 메모리의 reset current를 감소 시킬 수 있으며 또한 소자의 보전성 특성에 영향을 주지않았다.
