Phase change memory (PCM), which exploits the phase change behavior of chalcogenide materials, affords tremendous advantages over conventional solid-state memory due to its non-volatility, high speed, and scalability. However, high power consumption of PCM poses a critical challenge and has been the most significant obstacle to its widespread commercialization. Here, we present a novel approach based on the self-assembly of Si-containing poly (styrene-b-dimethylsiloxane) (PS-b-PDMS) block copolymer (BCP) to form a thin nanostructured $SiO_x$ layer that locally blocks the contact between a heater electrode and a phase-change material. The writing current is decreased five-fold (corresponding to a power reduction by 1/21) as the occupying area fraction of $SiO_x$ nanostructures is increased from a fill factor of 9.1% to 63.6%. In addition, we indicate that this power reduction effect can apply to PCM cell with $SiFe_xO_y$ nanostructures generated by poly (styrene-b-ferrocenyldimethylsilane) (PS-b-PFS) block copolymer self-assembly. Simulation results theoretically explain the current reduction mechanism by localized switching of BCP-blocked phase change materials. We also demonstrate that our power reduction methodology can be applied to sub-micron PCM devices for practical industrial applications.
상변화 메모리는 칼코게나이드 물질의 상변화 거동을 이용하는 메모리로, 비휘발성, 빠른 스피드, 높은 집적도의 장점을 가지고 있다. 그러나, 상변화 메모리의 높은 전력 소모는 상용화로서의 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다. 여기서, 우리는 발열층과 상변화 층 사이에 실리콘 산화물 나노구조물을 형성하여 접촉면적을 줄이기 위해 PS-b-PDMS 블록공중합체를 자기조립시키는 방법을 사용하였다. 실리콘 산화물 나노 구조물의 Fill factor를 9.1%에서 63.6%로 증가시키면서, 쓰기 전류는 최대 1/5로 줄었다. (전력소모는 1/21까지 감소) 또한, 전력 소모 감소 효과는 PS-b-PFS 블록공중합체 자기조립을 사용해서도 구현할 수 있었다. 시뮬레이션 결과는 이론적으로 상변화 물질의 스위칭 전류 감소 메커니즘을 설명하고 있다. 우리는 또한, 실제로 산업에 적용이 가능한지를 확인하기 위해 마이크론 이하의 상변화 메모리에의 전력 소모도 증명하였다.
