리튬 이온 기반 멤리스터 커패시터 병렬 구조의 저항변화 특성 연구

초록

본 연구에서는 멤리스터 소자의 높은 신뢰성을 확보하기 위해 소자 제작 단계에서 30 nm 두께의 ZrO2 금속산화물 박막 위 국부영역에 리튬 filament seed 층을 패턴하여 작은 이온반경의 리튬이온을 저항변화 주체로 활용하는 멤리스터 소자를 구현하였다. 패턴 된 리튬 filament seed 대비 다양한 상부전극의 면적을 적용하여 멤리스터-커패시턴스병렬 구조의 이온형 저항변화 소자에서 커패시턴스가 filament type 저항변화 특성에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 이를 위해 ZrO2 박막 위에 5 nm 두께, 5 μm  5 μm 면적의 리튬 filament seed 증착 후 50 μm, 100 μm 직경의 상부전극을 증착, 리튬 메탈의 확산을 위한 250oC 열처리 전 후 샘플에서 저항변화 특성을 확인하였다. 열확산에 의해 형성된전도성 filament의 경우 전압에 의한 제어가 불가함을 확인하였으며, 전압에 의해 형성된 filament만이 electrochemical migration에 의한 가역적 저항변화 특성 구현이 가능한 것을 확인하였다. 전압에 의한 filament 형성 시 병렬로 존재하는커패시턴스의 크기가 filament의 형성 및 소실에 중요한 인자임을 확인하였다.

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