As increasing the need for storing and processing mass data with the advent of Internet of Things (IoT), the interest about memory devices is also increasing. Especially, studies about flexible and wearable memory device have been actively done for next-generation memory device. Until now, the studies of conventional flexible memory were focused on organic channel based memory device. In addition to inherent flexibility of organic material, the device can be produced at low temperature in large quantities. However, the organic based memory shows low device performance and cannot be integrated for high density. Also, it is impossible to use conventional photolithography process.
Therefore in this research, we fabricated memory device using two-dimensional (2D) material like molybdenum disulfide ($MoS_2$) because of its remarkable electrical and mechanical characteristics by its atomic thickness and analyzed the characteristics of fabricated memory device. Especially unlike conventional two-dimensional based memory devices using metal-oxide based dielectric, we fabricated high performance memory device at low operation power using ultrathin high-k polymer dielectric called pC1D1. In addition, using the advantages of large-area growth of 2D material by chemical vapor deposition (CVD) process, we fabricated large-area memory array and analyzed its characteristics. Although large-area memory array showed not good performance, we left the possibility to improve the performance and realize large-area flexible memory array by deep research. We hope this research to help the development of further wearable and flexible memory device.
사물 인터넷(IoT) 시대의 도래로 인해 방대한 정보의 저장 및 처리에 대한 필요성이 증가하면서 메모리 소자에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 앞으로의 메모리 소자는 유연하고 인체에 착용 가능함을 목표로 관련 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 유연한 메모리 소자에 대한 기존의 연구는 유기 물질을 활용한 메모리 소자에 집중되어 있다. 유기물 채널 기반 메모리 소자의 경우, 물질 고유의 유연한 성질에 더해 낮은 공정 온도와 대량 생산이 가능하다는 장점이 있지만 낮은 소자 성능과 함께 집적화가 어려우며, 기존의 노광 공정을 이용한 패터닝이 불가능하다는 단점이 있다.
따라서 본 연구에서는 원자 단위의 얇은 두께를 지닌 이차원 물질을 활용한 메모리 소자를 제작하고 그 특성을 분석하였다. 특히 기존의 이차원 물질 기반 메모리 소자와 달리, 본 연구에서는 산화물 절연막이 아닌 높은 유전 상수를 가진 고분자 층을 이용한 메모리 소자를 제작하여 작은 두께에서도 우수한 메모리 특성을 보이며 낮은 전력소모로도 동작 가능한 메모리 소자를 제작하였다. 또한 대면적으로 성장 가능한 이차원 물질의 특성을 활용하여 대면적의 메모리 배열을 제작하고, 그 특성을 분석하였다. 비록 대면적으로 성장된 이차원 물질 기반 메모리의 경우, 그 성능이 우수하지 않았지만 이에 대한 원인 분석을 통해 차후에 개선의 여지를 남겨두었으며, 대면적의 유연한 메모리 소자 제작에 한 발짝 더 다가갔다고 할 수 있다. 본 연구 내용이 앞으로의 유연하고 착용 가능한 메모리 소자 개발 및 발전에 도움이 될 수 있을 것이라 생각한다.
