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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김동균 (고려대학교, 고려대학교 대학원)

지도교수
朴政浩
발행연도
2016
저작권
고려대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

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Nowadays, semiconductor memory devices are essential to our lives. As higher density of chip is required, however, scaling down of memory cell has reached its limit. For this reason, researchers are focusing on the next generation memory devices. In this thesis, the fabrication and characterization of a resistive random access memory, or simply ReRAM, cell with multi-layer insulator is described. Graphene oxide (GO) and polyvinyl alcohol (PVA) composite were used as an insulating material of the proposed device. If a proper voltage is applied to a ReRAM, oxygen ions move out from the insulator layer, forming conductive filament. This phenomenon is called SET, transition from high resistive state (HRS) to low resistive state (LRS). ReRAM also has another characteristic called RESET which indicates state transition from LRS to HRS. a ReRAM with PVA-GO composite insulator was proposed as a new polymer-based ReRAM and its fabrication and characteristics are described in this thesis. The proposed Re-RAM device with a simple PVA-Go insulator showed instability in the switching characteristics. Therefore, to improve its stability, two additional PVA layers were added between this GO-PVA composite insulator and metal layers.. Since the insulator was made of polymer insulator and a polymer composite material, the annealing temperature makes a significant impact to the insulator property. Therefore, the effect of annealing temperature was investigated by changing the annealing temperature to three different temperatures of 100℃, 150℃ and 200℃. Temperatures were selected considering the melting point and the glassy temperature of PVA. Three most important characteristics of a ReRAM are switching properties, endurance, and retention time. The SET and RESET voltage of the proposed ReRAM devices changed from 3.92 V/? 3.185 V to 3.5 V/-1.81 V as the annealing temperature varies from 100℃; to 200℃. , resulting in lower switching voltages. The higher annealing temperature also improved the memory endurance from 100 cycles to 200 cycles as the annealing temperature varies from 100℃ to 200℃. The retention time of the proposed ReRAM devices showed a longer time 2000 seconds with 100℃ annealing compared to 1800 seconds with200℃ annealing. The conduction mechanism was also investigated considering the well-accepted published filament formation model and added ac annealing temperature effect to a typical filament model. It is believed that the conduction in HRS is dominated by Poole-Frenkel emission and the conduction in LRS is ohmic. As a result, Glass/Ti/Au/PVA/GO-PVA/PVA/Au ReRAM device revealed reasonably good characteristics with proper annealing temperature but further development is required to be useful in the industry.

목차

목 차
그 림 목 차 4
표 목 차 6
영 문 요 약 7
제 1 장 서론 9
제 2 장 이론적 배경 13
2.1 반도체 메모리의 과거, 현재 기술 13
2.2 차세대 메모리의 발전 배경 및 종류 21
2.3 ReRAM 소자의 배경 23
2.4 ReRAM 소자의 구조 24
2.5 ReRAM 소자 스위칭 특성 26
2.5.1 Unipolar 스위칭 특성 26
2.5.2 Bipolar 스위칭 특성 28
2.6 ReRAM 소자 메커니즘 30
2.6.1 Filament Model 30
2.6.2 ReRAM 스위칭 특성의 전극과 절연층 물질 32
2.6.3 전극과 절연층 물질 선택 시 고려사항 34
2.7 산화 그래핀 절연층의 장점 37
2.7.1 높은 ON/OFF Ratio 37
2.7.2 낮은 전압에서 스위칭 특성 관찰 39
2.7.3 낮은 가격 및 간단한 제작 과정 42
2.8 Polymer와 산화 그래핀의 합성 절연층 물질 44
2.8.1 Polymer 물질 특성 및 선정 44
2.8.2 Ethanol의 접촉각 감소 46
제 3 장 산화 그래핀과 PVA의 혼합 절연층 기반 ReRAM 소자 제작 48
3.1 산화 그래핀(GO)과 Polyvinyl Alcohol (PVA) 혼합 용액 제작 48
3.2 GO-PVA 단층 절연막 ReRAM 소자 제작 방법 50
3.3 PVA/GO-PVA/PVA 다층 절연막 ReRAM 소자 제작 공정 52
3.4 PVA/GO-PVA/PVA 다층 절연층 ReRAM 소자 분석 방법 54
3.4.1 Alpha step을 이용한 두께 측정 방법 54
3.4.2 XRD를 이용한 결정성 측정 방법 55
3.5 PVA/GO-PVA/PVA 다층 절연막 및 단층 절연막 ReRAM 소자 스위칭 특성 측정 방법 57
제 4 장 Ti/Au/PVA/GO?PVA/PVA/Au ReRAM 소자 분석 60
4.1 절연층의 두께 측정 결과 60
4.2 결정성 측정 결과 65
4.3 Ti/Au/PVA/GO?PVA/PVA/Au ReRAM 소자의
이론적 모델링 67
4.4 ReRAM 소자의 I-V 특성 결과 73
4.4.1 GO-PVA 절연층 ReRAM 소자의 I-V 스위칭 특성 73
4.4.2 PVA/G.O-PVA/PVA 다층 절연층 ReRAM 소자의 I-V 스위칭 특성 75
4.4 Ti/Au/PVA/G.O-PVA/PVA/Au 다층 절연층의 ReRAM 소자의 Endurance 특성 결과 79
4.5 Ti/Au/PVA/G.O-PVA/PVA/Au 다층 절연층의 ReRAM 소자의 Retention 특성 결과 82
4.6 Ti/Au/PVA/G.O-PVA/PVA/Au 다층 절연층의 ReRAM 소자의 cumulative probability 특성 결과 84
4.7 다른 폴리머 절연층 기반의 ReRAM과의 비교 분석 88
제 5 장 결론 90
참고문헌 93

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