| 초록 |
최근 다양한 전자소자들에서 비휘발성 메모리가 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 특히 방대한 양의 데이터를 실시간으로 처리해야 하는 인공지능 등의 응용분야에서 많은 주목을 받고 있다. 그 중에서 가장 많이 사용되는 플래시 메모리(Flash memory)는 게이트 절연막 내부에 있는 전하저장노드(예를 들어, 플로팅 게이트(floating gate))에 전하를 저장하여 메모리 특성을 나타내는 소자이다. 하지만, 이러한 전하 저장 기반의 플래시 메모리 소자는 저장된 전하량에 의해 문턱전압의 변화가 결정되는 소자로서, 소자의 크기가 감소하고 집적도가 증가함에 따라 저장된 전하의 누설로 인한 문턱전압 이동, 주변 소자 간의 간섭 문제 등 신뢰성 저하의 문제를 해결해야 하는 과제를 안고 있다. 본 연구에서는 플래시 메모리와 같이 MOSFET 구조를 기반으로 하는 산화물 박막트랜지스터(Thin-film transistor, TFT)에서의 이온 이동에 따른 비휘발성 메모리 특성을 연구하였다. HfO2-X 게이트 절연막과 indium-zinc oxide (IZO) 산화물 반도체 채널층을 갖는 TFT를 제작하고, 게이트 절연막과 채널층 사이의 산소 이온 이동에 따른 채널 전도도 변화를 이용하여 비휘발성 메모리 특성을 구현하였다. 양의 게이트 전압을 인가하면 IZO 채널층에서 HfO2-X 게이트 절연막으로 산소 이온의 이동이 일어나게 되고, 채널 내의 산소공공이 많아지면서 채널의 전도도가 증가하는 특성을 나타내었다. 반면, 음의 전압을 인가한 경우, 전도도가 다시 감소하는 가역적인 메모리 특성을 나타내었다. 또한, 양의 게이트 전압과 음의 전압을 인가한 경우 모두 변화된 전도도가 안정적으로 유지되는 retention 특성을 나타내었고, programming과 erase를 반복적으로 수행해도 안정적인 전도도 변화를 나타내는 endurance 특성을 얻을 수 있었다. 또한, 게이트 전압을 반복적으로 인가함에 따라 채널 전도도가 연속적으로 변화하였는데 이는 인공 시냅스 소자의 아날로그 시냅스 가중치 변화인 potentiation과 depression 거동을 모사하였다. 그리고 연속적인 펄스 인가에 따른 시간 의존적인 시냅스 특성 중 하나인 paired-pulse facilitation 특성도 나타내었다. 이는 본 연구의 산화물 박막트랜지스터를 이용하여 비휘발성 메모리뿐만 아니라 인공 시냅스 소자를 구현할 수 있는 가능성을 제시한 연구결과이다. |
