Resistive random access memory (RRAM) has been widely investigated for next-generation non-volatile memory (NVM) device due to its superior characteristics such as fast speed, low power consumption, and a simple device structure with high density. While various materials and mechanisms for RRAM have been studied, the filament type RRAMs based on polymer thin films are high-ly regarded candidates for next generation, flexible nonvolatile memory. In this work, we investigat-ed the RRAM characteristics of poly(1,3,5-trimethyl-1,3,5-trininyl cyclotrisiloxane) (pV3D3) thin films deposited by the initiated chemical vapor deposition (iCVD). The Cu/pV3D3/Al devices showed a unipolar resistive switching (URS) behavior with a high on/off ratio of about 104 and reliable reten-tion characteristics. From the analysis from temperature dependent electrical properties, it is demonstrated that the resistive switching behavior originates from the Cu filament formation/rupture. However, the Cu/pV3D3/Al RRAM devices have to be solved the issues of poor endurance, power consumption, and the resistive switching nonuniformity, which usually occur in the general filament type RRAM. In order to solve these issues, we introduced a multilayer graphene (MLG) films as a barrier layer, which suppresses the diffusion of Cu ions through the pV3D3 film, into Cu/pV3D3/Al RRAM not only to improve the switching uniformity but also to reduce the switching power consumption. By inserting MLG, the Cu/pV3D3/MLG/Al showed the self-compliance be-havior and bipolar resistive switching. In addition, we could successfully improve the resistive switching uniformity and reduce the reset current and the power consumption. We demonstrated that the findings of this work is attributed to the unique properties of graphene, thus introducing a new application for graphene in the NVM.
저항 변화 메모리 (RRAM)은 저 전력, 빠른 속도, 고 집적도를 갖는 단순한 구조를 가져서 차세대 메모리로서 활발히 연구가 되어왔다. RRAM에 관한 여러 가지 물질과 메커니즘이 보고 되었지만, 그 중에서 고분자를 이용한 필라멘트 타입 RRAM이 차세대 플렉서블 메모리로서 각광받고 있다. 본 연구에서 우리는 상온에서 이루어지는 개시제를 이용한 화학기상 증착법(initiated chemical vapor deposition, iCVD) 을 이용한 고분자 박막으로 Cu/pV3D3/Al RRAM소자를 만들었다. 이 RRAM소자는 10000 이상의 on/off ratio 를 가지며 set process와 reset process가 같은 전압의 극성에서 일어나는 단반향 스위칭 특성을 보였다. 온도 종속 전기적인 특성으로부터 Cu필라멘트의 형성 및 끊어짐으로 저항변화가 일어나는 것을 증명하였다. 하지만, 이소자는 큰 전력 소모 문제와 불안정한 스위칭 동작 특성의 문제를 가지고 있다. 이 문제점들을 해결하기 위해, 우리는 다층의 그래핀 (MLG)을 전극과 pV3D3 사이에 삽입하여 소모 전력과 불안정한 스위칭 동작 특성을 개선하였다. Cu 침투 방지막으로써 기능을 하는 MLG의 out-of-plane방향의 큰 저항이 Cu 필라멘트와 직렬로 연결되어 reset current를 330배, 파워소모를 252배나 줄였으며, 스위칭 동작 동안 RRAM 자체적으로 전류를 제한하는 self-compliance behavior를 보였다. 게다가 MLG의 우수한 열전도성 때문에 열에 의한 reset process가 억제되고, MLG와 Cu filament계면에 큰 시리즈저항으로 인하여 전기화학적 산화/환원 반응으로 국소적인 부분에서 Cu 필라멘트가 형성 및 끊어지게 하여 안정적으로 스위칭이 일어나도록 개선하였다. 이 연구의 결과들은 필라멘트 타입의 RRAM의 문제를 해결할 뿐만 아니라, 그래핀을 우수한 안정성을 요구하는 메모리 분야에서의 새로운 적용 분야를 제시한다.
