강자성 전극을 갖는 NiO 박막의 저항 변화 특성
저자
발행사항
용인: 단국대학교 대학원, 2012
학위논문사항
학위논문(석사)-- 단국대학교 대학원: 물리학과 고체물리학 전공 2012. 2
발행연도
2012
작성언어
한국어
DDC
530.41 판사항(22)
발행국(도시)
경기도
기타서명
Resistive switching characteristic of NiO thin films with ferromagnetic electrode
형태사항
viii, 60장: 삽화; 26cm.
일반주기명
단국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수:이기암
참고문헌 : 56-57장
소장기관
본 연구는 자성물질을 이용한 RRAM (Resistive Random Access Memory) 의 resistive switching 특성을 연구하였다. RRAM의 Metal-Insulator-Metal 구조에서 Metal전극물질은 강자성체인 NiFe와 Co를 사용하였으며 자성체를 사용한 RRAM 구조에서 resistive switching 현상을 확인하고, 강자성 전극물질의 스핀정렬과 RRAM의 스위칭 특성과의 상관관계에 대해 연구하였다.
E-beam evaporation을 이용하여 제작한 NiFe(30nm)/NiO(30nm)/NiFe(40nm)구조의 자성물질을 이용한 RRAM 박막에서 resistive switching 현상을 확인하였다. SET과 RESET의 스위칭 전압은 각 각 11V~18V, 2V~7V 사이로 나타났다. E-beam 장비를 이용하여 제작한 샘플에서의 높은 스위칭 전압과 재현성의 문제점을 해결하기 위해 Sputtering system을 이용하여 NiO의 두께를 조절하여 샘플을 제작하였다. 상,하부 전극층의 두께를 고정하고 NiO층을 15nm와 30nm의 두께로 각각 제작하였다. Sputtering system을 이용했을 경우 E-beam 장비에 비해 스위칭전압이 낮아짐을 확인하였고 NiO의 두께가 더 얇을 때 스위칭 전압이 더 낮아짐을 확인하였다.
전극층을 NiFe를 사용하였을 경우 SET과 RESET이 일어나는 스위칭 현상을 확인하였지만 SET과정이 일어난 이후 LRS(Low Resistance State)를 유지하려는 경향성 보였다. 이는 NiFe전극층과 NiO 사이의 Ni 간 상호작용에 의해 필라멘트의 파괴가 이루어지지 않는 것으로 보인다.
전극층을 Co를 사용하였을 경우 NiO의 두께가 15nm 일 때 SET이 일어난 이후 LRS를 유지하는 경향을 보였다. NiO의 두께를 30nm로 증가시켰을때는 SET이후에 LRS 상태를 따르지 않고 다시 HRS(High Resistance State)를 반복하는 경향을 보였다. 계속적인 SET 거동을 compliance current 조절을 통해 보다 안정적인 스위칭 현상을 관찰 할 수 있었다.
자성박막의 응용을 위한 스핀정렬에 따른 스위칭현상의 영향을 알아보기위해 Co/NiO(30nm)/Co 박막에 자장을 인가하면서 측정을 하였다. 측정결과 스위칭 현상이 자장의 영향을 받는 것으로 나타났다. 반복적으로 일어났다 스위칭 거동이 자화방향의 영향으로 인해 LRS를 유지하는 경향을 보였다. 이는 자화의 방향을 이용한 스위칭의 SET과 RESET의 조절의 가능성을 기대할 수 있다. 앞으로 RRAM의 스위칭현상에 대한 스핀의 영향과 SET과 RESET의 조절을 위한 연구를 더 진행하겠다.
We investigated the resistive switching in RRAM(Resistive Random Access Memory) using magnetic materials. Metal electrode material is ferromagnetic material such as NiFe and Co in Metal-Insulator-Metal of standard RRAM structure. And we studied corelation between the spin configuration and resistive characteristic of RRAM.
Resistive switching phenomenon was observed from NiFe/NiO/NiFe structure that was made by E-beam evaporation. Switching voltage was high but we confirmed resistive switching in RRAM using magnetic materials. So we manufactured sample using sputtering system by adjusting NiO thickness for resolve the problems such as high switching voltage and reproducibility in RRAM sample made by e-beam evaporation. Both top electrode and bottom electrode thickness was fixed and thickness of NiO was made 15nm and 30nm respectively. In the case of using sputtering system and thinner NiO thickness, we confirmed low resistive switching voltage.
In the case of NiFe electrode in M-I-M(Metal-Insulator-Metal)structure, confirmed switching phenomenon but resistive switching characteristic was tend to keep LRS(Low Resistance State) after SET process occurrence. It seems that nonrupture of filament which made by interaction of Ni between the NiFe electrode and the NiO layer.
In the case of the Co electrode, switching characteristic was tend to keep LRS in 15nm thickness of NiO. When NiO thickness was increased to 30nm, switching characteristic showed the tendency that HRS(High Resistance State) was repeated continually after SET process. Stable switching phenomenon was observed through the compliance current control from continuative SET behavior.
To find the influence of switching characteristic according to the spin configuration and the applicability of magnetic thin film, we measured RRAM thin film of Co/NiO(30nm)/Co by applying magnetic field. As a result of the measurment, switching characteristic was influenced by magnetic field. The Switching behavior showed tendency of the LRS by direction of the magnetic field. It can be expect the possibility that control of SET and RESET through the direction of magnetic field. In the near future, we will study influence of the spin configuration about switching phenomenon of RRAM and control of SET and RESET.
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