KR20120138745A - 전기적으로 작동되는 스위치 - Google Patents
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Abstract
전기적으로 작동 가능한 스위치를 제조하는 방법이 제공되고, 이것은 표면상에 제 1 전극을 증착하는 단계; 상기 제 1 전극의 상부에 활성층 또는 활성층들을 증착하는 단계; 및, 상기 활성층(들)의 상부에 제 2 전극을 증착시키는 단계;를 포함하며, 활성층 또는 활성층들을 증착시키는 단계는 반응성 개스가 내부로 도입되는 대기내에서 수행되고, 활성층에 걸쳐서 변화되는 농도로 도펀트들이 활성층 안으로 도입되도록 프로세스 동안에 반응성 개스의 부분적인 압력이 변화된다.
Description
본 발명은 전기적으로 작동되는 스위치 및 전기적으로 작동되는 스위치의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 비록 반드시 그러한 것은 아니지만, 특히 멤리스터(memristor) 및 그것의 제조 방법에 적용 가능하다.
메모리-레지스터(memory-resistor) 또는 "멤리스터(memristor)"는 전류 및 전압의 시간 적분(time integral) 사이에서의 함수 관계를 유지하는 패시브 2-터미널 회로 요소(passive two-terminal circuit element)이다. 그러한 장치는 원래 L.O. Chua 가 저술한 "memristor-The missing circuit element"(1971)에서 예언되었다. 2008 년에, 휴렛 패커드는 상부 및 저부 전극과, TiO2/TiO2 -x 2중층을 포함하는 활성 영역을 가진 멤리스터 스위치를 개시하였다. 그러한 장치들은 무어의 법칙(Moore' law)에 대하여 기간의 연장이 더 필요하게 할 것 같기는 하지만, 비휘발성 메모리 적용예 및 신경 시스템 회로에 대한 거대한 잠재성을 가진다.
관찰된 멤리스터의 효과는 활성 재료의 주로 절연되고 나노스케일의 두께를 가진 층 안에서 전하가 변위되는 것에 기인하기 때문으로 믿어진다. 초기의 휴렛 패커드 장치들에서, 활성 전하는 TiO2 층 안에서의 산소의 공석(vacancy)이 되는 것으로 나타났다. 이러한 공석들은 인가된 바이어스에 의존하여, 활성층의 일 측에 모이는 경향이 있어서, 반대측은 순수하게 화학 양론적으로(stoichiometric) 남겨진다. 이후에, 휴렛 패커드는 TiO2 층들의 직접 증착을 채용하였으며, 이들은 온도-어닐링(temperature-annealing) 단계에 의하여 포지티브로 대전된 산소 공석 TiO2 -x를 도입하였다. 기술적으로 훨씬 단순한 구현예에서, 60 nm 두께의 비결정질 TiO2 활성층이 TiO2 졸(sol) 겔(gel)을 스피닝(spinning)함으로써 직접적으로 달성되었으며, 결과적으로 장치들은 멤리스터들의 예상된 전기적 거동과 부합되는 메모리 특성을 가진 전기적인 스위치 작용을 나타낸다.
멤리스터의 구조는 도 1 에 개략적으로 도시되어 있다. 이것은 2 개의 전극(2,5)들을 가지고, 그 사이에 활성 영역이 배치되어 있다. 활성 영역(3)은 이온들을 호스팅(hosting)하고 전달하기 위한 적어도 하나의 재료 및, 이온 도펀트들의 소스/싱크(source/sink)를 제공하기 위한 다른 재료(4)를 수반한다 (도 1 참조). 상대적으로 높은 바이어스 전압을 전극들에 인가하는 것은 활성 영역내에 이온들의 변위를 일으켜서, 이종의 반도체(disparate semiconducting, 4) 및 절연 영역(3)을 형성하는데, 이들은 바이어스가 중지되었을 때 유지된다. 그러나, 만약 장치가 극성이 역전된 바이어스를 겪는다면, 가동 이온(mobile ion)들은 장치의 전체적인 저항성이 그에 따라서 조절되면서 초기의 위치를 향하여 움직인다. 활성 영역의 상태는 활성 영역 안에서 이온들을 움직이기에 불충분한, 상대적으로 낮은 전압을 이용하여 "읽혀(read)"질 수 있다.
마지막의 저항 상태를 기억하는 장치들의 성능은 DC 바이어스 아래에서 전하의 영구적인 변위에 기인한 것이고, 전하가 움직일 수 있는 층 두께의 제곱의 역에 비례하는 것으로 실험적으로 간주된다. 명백히, 이러한 효과는 나노스케일 장치들에서 실질적으로 크며, 왜 그러한 거동이 더 일찍 주목을 끌지 못했는지의 이유를 설명한다.
멤리스터의 메모리 효과는 다음과 같이 수학적으로 설명될 수 있다:
전하(q)를 변화시키기 위하여, 멤리스턴스(memristance) M(q(T))는 장치의 이전 상태, M(q(T-t)에 달려 있다. 그러나, 레지스터에서와 같이, 주어진 순간(TO)에, 장치의 순간적인(정적인) 멤리스턴스 M(q(TO))는 그것의 저항률(resistivity)이다. 마찬가지로, 만약 q 가 제로이면, 다음에 M(q(t))는 상수이고, 이것은 오옴의 법칙의 별개의 경우인 것으로 간주될 수 있다.
이상적으로는 멤리스터가 오옴 법칙의 일반화된 형태로 특징지워질 수 있다.
J1 = σ(ε1)E1 (2)
여기에서 J1 은 주어진 위치에서의 전류 밀도이고, E1 은 그 위치에서의 전기장이고, σ(ε1) 은 재료의 도전성이다. 방정식 2 는 이방성 재료를 고려함으로써 비선형성이 도입될 수 있다는 점에서 특히 흥미롭다. 지금까지, 모든 현존하는 멤리스터들은 각각 상이한 이온 농도를 가지는 2 개 또는 그 이상의 층들을 채용함으로써, 활성 영역내의 단계 전하 분포(step charge distribution)에 의존한다.
멤리스터 안의 층들 사이에 있는 인터페이스(6)들의 품질은, 장치의 멤리스턴스(memristance)를 정의하는 전하 변위에 있어서 현저한 역할을 한다. 따라서 사용된 제조 방법은 반복 가능한 특성을 가지는 신뢰성 있는 장치들을 달성하는데 매우 중요하다. 이전의 제조 구현예들에서, 다양한 층들이 높은 진공에서 증착되지만, 각각의 층을 제조하는데 필요한 상이한 과정의 단계들 사이에서 전달되는데 있어서, 인터페이스(6)(즉, 활성 층의 상이한 영역들 안에 존재하는 인터페이스들 뿐만 아니라, 활성층과 2 개의 전극들 사이의 인터페이스들)는 주위의 공기 환경에 불가피하게 노출된다. 이러한 접근 방식은 그 어떤 인가된 바이어스라도 잠재적으로 "스크린(screen)"할 수 있는 원하지 않는 인터페이스 상태들을 초래할 수 있는데, 이것은 장치들의 본질적인 특성을 손상시킨다.
다음의 참고 문헌들은 멤리스터 구조, 특성 및 제조 방법들에 대한 배경을 제공한다.
L.O. Chua, "멤리스터-잃어버린 회로 요소", IEEE Trans. on Circuits Theory, vol. CT-18, no.5, pp. 507-519, 1971년 9월
L.O. Chua and S.M. Kang, "멤리스터 장치 및 시스템" Proc, of the IEEE, vol. 64, No.2, pp. 209-223, 1976 년 2 월
Qiangfei Xia et al. "나노임프린트 리소그래피 단계로 나노스케일 멤리스터 어레이들을 제조" published on the WWW at "http://www.eipbn.org/data/papers/5A-4.pdf"
R.S. Williams, "멀티 터미널 전기 작동 스위치(Multi-terminal Electrically actuated switch)", US2008/0079029, 2008년 4 월 3일
R.S. Williams, "전기 작동 스위치" US2008/0090337, 2008년 4월 3 일
J. Yang, M.D. Pickett, X. Li, D.A.A. Ohlberg, D.R. Stewart and R.S. Williams, "금속/산화물/금속 나노디바이스를 위한 멤리스터 스위치 메카니즘" Nature Nanotech., vol. 3, pp. 429-433, 2008. 7월.
M.J. Rozenberg, I.H. Inoue and M.J.Sanchez,"멀티레벨 스위칭을 가진 비휘발성 메모리:기본 모델", Physical Review Letters, vol. 92, no. 17, 2004년 4월
B. Linares-Barranco and T.Serrano-Gotarredona, "멤리스턴스는 신경 시냅시스에서의 스파이크-시간-의존의 소성을 설명할 수 있음", Nature Precedings, 2009년 3 월.
B.L. Moutett, "멤리스터 크로스바 신경 인터페이스", US2009/0163826, 2009년 6 월 25 일.
R. Williams, "어떻게 잃어버린 멤리스터를 찾을 것인가", Spectrum, IEEE, vol.45, 2008년, pp28-35.
N.Gergel Hackett, B. Hamadani, B. Dunlap, J. Suehle, C. Richter, C. Hacker, and D. Gundlach, A flexible solution-processed memristor, IEEE Electron Devices Lett.,vol. 30, no.7, pp.706708, 2009.
Nadine Gergel-Hackett, "비휘발성 메모리 장치 및 프로세싱 방법", US2009/0184397.
N. Gergel-Hackett, B. Hamadani, C.A. Richter, D.J. Gundlach, "비휘발성 메모리 장치 및 프로세싱 방법", US2009/0184397, 2009.7 월 23 일.
본 발명자들은 단계들의 수 및 복잡성을 감소시키는 신규한 프로세스로써 상기의 제조 결함들을 회피할 수 있다는 점을 이해하였다. 따라서 비용이 감소될 수 있고 품질이 향상될 수 있다.
본 발명의 제 1 특징에 따라서 전기적으로 작동 가능한 스위치를 제조하는 방법이 제공되고, 이것은 표면상에 제 1 전극을 증착하는 단계; 상기 제 1 전극의 상부에 활성층 또는 활성층들을 증착하는 단계; 및, 상기 활성층(들)의 상부에 제 2 전극을 증착시키는 단계;를 포함한다. 활성층 또는 활성층들을 증착시키는 단계는 반응성 개스가 내부로 도입되는 대기내에서 수행되고, 활성층에 걸쳐서 변화되는 농도로 도펀트들이 활성층 안으로 도입되도록 프로세스 동안에 반응성 개스의 부분적인 압력이 변화된다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 전기적으로 작동 가능한 스위치를 제조하는 방법이 제공되는데, 이것은 제 1 전극을 표면의 상부에 증착시키는 단계; 제 1 활성층을 상기 제 1 전극의 상부에 증착시키는 단계; 제 2 활성층을 상기 제 1 활성층의 상부에 증착시키는 단계; 및, 제 2 전극을 상기 제 2 활성층의 상부에 증착시키는 단계;를 포함한다. 제 1 활성층 및 상기 제 2 활성층은 개별의 상이한 소스 재료들(source materials)을 이용하여 증착되고, 증착 단계들은 스위치를 챔버로부터 제거하지 않고 단일의 챔버 안에서 수행된다.
본 발명의 제 3 특징에 따르면, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법이 제공되는데, 이것은 제 1 전극을 표면상에 증착시키는 단계; 제 1 활성층을 상기 제 1 전극의 상부에 증착시키는 단계; 제 2 활성층을 상기 제 1 활성층의 상부에 증착시키는 단계; 및, 제 2 전극을 상기 제 2 활성층의 상부에 증착시키는 단계;를 포함한다. 스위치의 제조 방법은 상기 제 1 전극과 상기 제 1 활성층 사이 또는 상기 제 2 전극과 상기 제 2 활성 영역 사이에 도핑 층(doping layer)을 증착시키는 단계를 더 구비함으로써, 도핑 층으로부터의 이온 도펀트들이 제 1 활성층 또는 제 2 활성층에 주입되어 그 제 1 활성층 또는 제 2 활성층을 도핑한다.
본 발명의 제 4 특징에 따르면, 전기적으로 작동 가능한 스위치가 제공되는데, 이것은 제 1 전극; 상기 제 1 전극의 상부에 있는 활성층 또는 활성층들; 및, 상기 활성층(들)의 상부에 있는 제 2 전극;을 포함하고, 활성층(들)은 전극들 사이의 활성층(들)에 걸쳐서 실질적으로 연속적으로 변화되는 농도로 도펀트를 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 특징들은 첨부된 종속항들에 기재된 바와 같다.
도 1 은 공지된 멤리스터 구조를 나타낸 것이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 3 은 대안의 실시예에 따른 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 4 는 2 개의 소스 재료들을 이용하여 증착 과정을 나타내는 것이다.
도 5 는 단계화된 도펀트 프로파일을 가진 멤리스터의 단면을 나타내는 것이다.
도 6 은 연속적으로 변화하는 도펀트 프로파일을 가진 멤리스터의 단면을 나타내는 것이다.
도 7 은 2 중층 포토레지스트 및 각도 증발 원리를 나타내는 예시적인 제조 기술을 타나낸다.
도 8 은 본 발명의 실시예에 따라서 제조된 멤리스터 특성들에 대한 그래프로서, 전류 전압 특성을 나타내며, (a)는 감소된 범위에 걸쳐서 상세하게 도시한 것이고, (b)는 전체적인 시험 범위에 걸쳐 나타낸 것이다.
도 9 는 본 발명의 대안의 실시예에 따라서 제조된 멤리스터 특성들의 그래프로서, 전류-전압 특성(들)을 나타내며, (a) 는 감소된 범위에 걸쳐서 상세하게 도시한 것이고, (b)는 전체적인 범위에 걸쳐서 나타낸 것이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 3 은 대안의 실시예에 따른 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 4 는 2 개의 소스 재료들을 이용하여 증착 과정을 나타내는 것이다.
도 5 는 단계화된 도펀트 프로파일을 가진 멤리스터의 단면을 나타내는 것이다.
도 6 은 연속적으로 변화하는 도펀트 프로파일을 가진 멤리스터의 단면을 나타내는 것이다.
도 7 은 2 중층 포토레지스트 및 각도 증발 원리를 나타내는 예시적인 제조 기술을 타나낸다.
도 8 은 본 발명의 실시예에 따라서 제조된 멤리스터 특성들에 대한 그래프로서, 전류 전압 특성을 나타내며, (a)는 감소된 범위에 걸쳐서 상세하게 도시한 것이고, (b)는 전체적인 시험 범위에 걸쳐 나타낸 것이다.
도 9 는 본 발명의 대안의 실시예에 따라서 제조된 멤리스터 특성들의 그래프로서, 전류-전압 특성(들)을 나타내며, (a) 는 감소된 범위에 걸쳐서 상세하게 도시한 것이고, (b)는 전체적인 범위에 걸쳐서 나타낸 것이다.
다음은 멤리스터(memristor)로서의 적용예를 가지는 전기 작동 스위치의 신규 제조 방법을 나타낸다. 위에서 설명된 바와 같이, 멤리스터는 도펀트(dopant)들을 호스팅(hosting)하고 전송(transporting)할 수 있는 적어도 하나의 영역 또는 층 및, 도펀트들을 제공하기 위한 적어도 제 2 영역 또는 층을 가지는 장치이다. 도펀트들을 제거하도록 재료를 첨가하거나 또는 도펀트들을 포함하는 단일 재료로부터 제 2 영역을 증착시키는 이전의 제조 기술과 대조적으로, 여기에 설명된 방법은 상이하게 도핑된 재료들의 혼합물 또는 도펀트(dopant)들을 포함하는 환경 및 재료의 혼합물로부터 제 2 영역을 증착시킨다. 제 2 영역을 혼합하고 증착시키는 2 가지 방법들은 조합될 수도 있다. 방법의 실시예들은 단일 제조 과정을 이용하여 모든 층들이 증착되는 것을 허용함으로써, 복잡성을 더하고 재료가 산화에 노출될 수 있는 중간 단계들에 대한 필요성을 제거한다. 그러한 방법은 따라서 연속적인 제조가 이루어지게 한다.
일 실시예에서, 과정은 단일의 리소그래피 단계로써 수행된다. 이것은 다양한 방법들로 실현될 수 있는데, 광학 리소그래피, 전자 비임 리소그래피, 나노-임프린트(nano-imprint) 리소그래피 또는 기판 부합 임프린트 리소그래피(substrate conformal imprint lithography)와 같은 것이다.
그러한 과정의 예는 도 2 에 도시되어 있으며, 그것은 다음과 같이 설명된다.
I. 포토레지스트 층(8)은 기판(7)상에 놓여지고, 마스크(9)를 통하여 UV 광(10)에 노출된다. 레지스트의 현상은 포토레지스트의 특정한 부분을 제거한다.
II. 저부 전극(11)이 증착된다.
III. 제 1 재료가 제 1 활성 영역(12)을 생성하도록 (아르곤과 같은) 불활성 개스를 포함하는 환경에서 증착된다.
IV. 제 2 활성 영역(13)을 생성하도록 반응 개스가 존재하는 환경에서 동일하거나 또는 상이한 재료가 증착된다.
V. 상부 전극(14)이 증착된다.
VI. 최종의 멤리스터 장치(15)들을 드러내도록 남아 있는 포토레지스트 위의 재료를 리프트 오프(lift-off)로써 제거한다.
모든 층들의 증착은 실내 온도에서 수행될 수 있고, 이전의 기술에서 설명된 바와 같은 온도 어닐링 단계(temperature annealing step)에 대한 필요성이 없다. 각각의 서브 층(sub-layer)은 수 나노미터(nm) 내지 마이크로미터의 임의 두께일 수 있다.
위에서 설명된 과정의 변형예는 도 3 에 도시되어 있는데, 여기에서 마스킹 층(16)은 최종의 층으로서 놓이며, 차후에 예를 들어 포토리소그래피를 이용하여 패터닝(patterning)되고, 소망스럽지 않은 부분을 제거하도록 에천트(echant)가 이용된다.
고진공 챔버(high vacuum chamber)에서 프로세스가 발생될 수 있다. 예를 들어, 챔버는 전극의 증착을 위하여 초기에 10-7 mbar 에 있을 수 있다. 활성 영역(12,13)들의 증착 동안에, 불활성 및/또는 반응성 개스가 도입되면서 압력은 2 X 10-2 mbar 로 증가될 수 있다. 예시적인 하나의 실시예에서, 아르곤의 유동은 위의 단계 iii 에 대하여 12 SCCM (분당 표준 입방 센티미터(standard cubic centimeters per minute))이고, 위의 iv 단계 동안에 O2 의 12 SCCM 이 된다.
재료들의 증착은 그 어떤 적절한 기술로도 이루어질 수 있는데, 다른 공지의 화학적 증기 증착 방법들 뿐만 아니라, 전자 비임 증착, Knudsen Cell 증착, 타겟 재료로부터의 RF 스퍼터링과 같은 것으로써 이루어질 수 있다. 제 1 활성 영역(12)의 두께는 1 nm 내지 100 nm 사이의 범위일 수 있고, 제 2 영역(13)의 범위는 같을 수 있다. 일 실시예에서, 두께는 전체 활성 영역(12,13)에 대하여 75 nm 이다.
멤리스턴스 효과(memristance effect)는 활성 영역 두께의 제곱으로 감소되는 것으로 믿어졌기 때문에 이전의 장치들이 나노미터 스케일(nanometer scale)로 제한되었던 반면에, 여기에 설명된 과정들에 따라서 제조된 장치들을 이용하여, 멤리스터 효과는 마이크로 스케일로 존재하며 활성 영역의 체적과 함께 변화되는 것으로 밝혀졌다. 따라서 커다란 단면적을 가진 멤리스터는 매우 얇은 필름 활성 영역으로 보상함으로써 가능하다. 예를 들어, 멤리스터는 2500 제곱 마이크로미터들의 단면적에 대하여, 50 마이크로미터 X 50 마이크로미터의 평탄면 치수를 가지는 것으로 만들어질 수 있다. 오직 수 마이크로미터들의 평탄면 치수들을 가진 멤리스터들도 만들어졌다.
대안의 구현예에서, iv 단계에서 도 2 에 도시된 활성층을 제조하는 과정은:
iv. 2 개 또는 그 이상의 재료들로부터 동시에 제 2 영역(13)을 위한 재료를 증착하는 것으로서, 그 재료들중 적어도 하나는 도펀트 종(dopant species)을 제공한다.
도 4 는 도면 번호 20 으로 식별된 표본(specimen)을 가지고 2 개 소스 재료(17,18)들로부터 제 2 영역을 증착하는 것을 도시한다. 예시적인 구현예에서, 제 1 소스 재료(source material, 17)는 TiO2 이고, 제 2 소스 재료(18)는 TiO2 +X 이고 (여기에서 "x" 는 TiO2 구조마다 여분의 산소 원자들의 분량을 나타낸다), 결과적인 제 2 영역은 O2 이온들의 총 초과량을 가진 2 개 재료들의 혼합물이다. 일반적으로, 그들중 하나가 도전성인, 2 개 또는 그 이상의 소스 재료들의 조합된 이용은 도전성 결함들(conductive defects)을 포함할 복합층의 증착을 초래한다. 더욱이, 결함들의 농도는 증착 방법에 의해 제어될 수 있는 소스 재료들의 상대 농도에 달려 있을 것이다.
또한, 제 1 영역 및 제 2 영역들의 증착의 순서를 역전시킬 수도 있다. 예를 들어, 도펀트 농후 제 2 영역(dopant rich second region, 13)은 도펀트 없는 제 1 영역(dopant free first region, 12) 이전에 증착될 수 있다.
예를 들어 산소인, 반응성 개스(19)가 존재하는 환경에서 증착된 2 개 또는 그 이상의 소스 재료들로부터 제 2 영역을 생성하도록 위에서 설명된 기술들을 조합할 수도 있다. 이러한 영역에서 도펀트의 결과적인 농도는 반응성 개스의 부분적인 압력과 소스 재료들의 비율에 의존할 것이다.
제 1 영역 및 제 2 영역의 제조에 대한 상기의 설명으로부터, 2 개의 별개 영역들 사이에 도펀트 단계 변화 인터페이스(step-change interface)를 가진 활성 층 또는 연속으로 변화되는 도핑 분포를 가지는 활성층을 가지는, 전기 작동되는 스위치를 제조할 수 있다.
도 5 는 TiO2 소스 타겟 및 산소 농후 환경을 이용하여 제조된 전기 작동 스위치의 단면에 대한 도면이다. 스위치는 활성층 안에 도펀트들의 단계 변화를 가져서, TiO2 서브층(12) 및 TiO2 +x 서브층(13)을 생성한다. 화살표는 인가된 바이어스 작용(biasing)에 의존하는, 상부층에서의 이동 전하의 변위를 나타낸다. 그러한 스위치는 환경 및/또는 소스 재료의 단계 변화가 있는 상기의 과정을 이용하여 제조된다.
전기적으로 작동되는 스위치의 활성층을 제조하기 위한 일 실시예에서, 활성층 재료의 증착은 불활성 개스가 초기에 존재하는 환경에서 시작된다. 유동은 점진적으로 감소되고, 동시에 (산소와 같은) 반응성 개스의 유동은 점진적으로 증가된다.
전기적으로 작동되는 스위치의 활성층을 제조하기 위한 다른 실시예에서, 활성층 재료의 증착은 제 1 재료(예를 들어, 절연체)와 함께 시작된다. 제 1 재료의 증착 비율은 점진적으로 감소되고, 동시에, 제 2 재료(예를 들어, 도전성 재료)의 증착 비율은 점진적으로 증가된다.
도 6 은 신규한 기술을 이용하여 제조된, 전기적으로 작동되는 스위치의 단면도이다. 도 5 와는 대조적으로, 도펀트 농도에서의 단계 변화는 없다. 오히려, 이 스위치는 상대적인 TiO2/TiO2 +x 비율이 장치에 걸쳐 실질적으로 연속적으로 변화되는 활성 층(21)을 가진다. 그 분포는 소망되는 특성에 의존하여 선형적으로 또는 비선형적으로 변화될 수 있다. 화살표는 적용된 바이어스 작용에 따라서 상부층에서의 이동 전하의 변위를 나타낸다.
제조는 (초기의) 배기된 챔버에서 수행되기 때문에, 개별적인 인터페이스들은 공기 대신에 제어된 양의 제어된 개스들에 노출됨으로써, 장치 특성들에서의 더 큰 일관성(consistency) 및 인터페이스 품질에 걸친 더 잘 제어되는 결과를 가져온다.
원칙적으로, 제 1 영역에 대한 제 1 재료는 이온을 위한 호스트(host)로서 작용하는 재료를 증착시키기 위한 그 어떤 소스 재료(source materil)일 수도 있다. 마찬가지로 (제 2 영역에 대하여 2 개의 소스 재료들을 증착시키는 경우에 이용되는) 제 2 재료는 도펀트 종(dopant species)을 제공하는 그 어떤 재료일 수도 있다. 잠재적인 제 2 재료의 목록은 표 1 에 요약되어 있다. 제 1 영역을 위한 제 1 재료들의 혼합물 및/또는 제 2 영역을 위한 제 1 재료 및 제 2 재료들의 혼합물을 선택하는 것도 가능하다.
제 2 재료 또는 반응성 개스로부터 결과되는 도펀트 종들도 표 1 에 열거되어 있다. 반응성 개스는 초과된 도펀트들을 가진 새로운 재료를 생성하도록 제 1 재료 또는 제 2 재료와 반응함으로써 도펀트 종들에 기여하는 임의의 개스이다. 예를 들어, 산소, 질소 또는 불소(fluorine)가 이용될 수 있다. 대조적으로, 불활성 개스는 도펀트에 기여하지 않고, 제 1 및 제 2 재료와 반응하지 않는다. 예를 들어, 아르곤, 네온, 제논 또는 크립톤(Krypton)이 이용될 수 있다.
다음은 2 개의 변형들을 포함하는, 멤리스터 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다. 이것은 증착 챔버의 이용을 포함하며, 증착 챔버는 전자 총 및 RF 스퍼터링 증발 소스들을 구비하고, 플래티늄 전극 및 티타늄 산화물 스위치 층들을 증착시키기 위하여 리프트 오프(lift-off) 및 접촉 광학 리소그래피(contact optical lithography)를 채용한다. 보다 상세하게는, 상부 및 저부 전극들은 각각 5 nm 및 15 nm 의 두께를 가진 전자총 증착(electron gun evaporated)의 Ti/Pt 2 중층으로 이루어진다. 스위치 층들은 2 개의 연속적인 30 nm 두께의 티타늄 산화물 층들로 이루어지는데, 이것은 1.8 x 10-2 mbar 의 압력 및 RF (13.56 MHz)에서 화학양론적 TiO2 타겟으로부터 스퍼터링된 것이다. 제 1 영역은 아르곤 개스의 12 SCCM 유동의 존재하에 증착되고, 제 2 영역은 산소 개스의 12 SCCM 의 존재하에 증착된다.
2 개의 구분된 제조 접근 방식은 상기의 조건들을 이용하여 시험되었다. 제 1 접근 방식은 단일 리소그래피 및 리프트-오프 단계에서의 스위치 층과 함께, 저부 멤리스터 전극의 증착을 포함하였다. 제 2 리소그래피, 증착 및 리프트-오프 과정에 이어서 상부의 상호 교차 전극(intersecting electrode)들이 제조되었다. 이들 양쪽의 리소그래피 단계들은 서브 마이크론 분해능(sub-micron resolution)의 포지티브 포토레지스트의 2 중 층으로 이루어진 향상된 포토레지스트 프로파일을 이용함으로써 수행되었다 (AZ 5214 E, 클라리언트(Clariant)). 보다 상세하게는, 제 1 층이 제 2 층의 스피닝(spinning) 이전에 범람 노출(flood-exposed)되었고, 이후에 포토마스크를 통한 소망 패턴의 노출 및, 차후의 양쪽 층들의 현상이 이어졌다. 이러한 과정의 결과로서, 도 7 에 도시된 바와 같은 제 1 층에 언더컷(undercut)이 형성되었고, 그 범위는 현상 시간을 변화시킴으로써 재생 가능하게 제어될 수 있다.
이러한 과정에 따르면, 상부 층은 공칭의 값에 근접한 치수를 보유할 수 있지만, 6 마이크론을 넘는 언더컷이 저부 저항층내에 형성될 수 있다. 이러한 과정은 스퍼터링-증발 층들을 리프트-오프(lift-off)할 수 있게 하는데, 이는 스퍼터링 증착의 등각 단계 적용(conformal step coverage)이 주어진다면 표준적인 포토레지스트 프로파일들에서 항상 달성될 수 없는 것이다. 중요하게도, 만약 필요하다면, 도 7 에 도시된 바와 같이 각도 증발(angle evaporation)을 채용함으로써, 결과적인 전극의 폭을 나노스케일 치수(nanoscale dimension)들을 향하여 수축시키도록 언더컷 프로파일이 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 프로레지스트 형상(profile)에서의 언더컷(undercut)은 리프트-오프를 용이하게 하는 것 이외에, 전극의 측방향 치수들을 수축시키는데 필요한 오프셋(offset)을 수용하는 역할을 한다. 향상된 포토레지스트 프로파일과 조합된 각도 증착(angle evaporation)을 이용함으로써, 전극 측방향 치수들을 제어 가능하게 100 nm 아래로 수축시킬 수 있다.
제 2 멤리스터 제조 기술 접근 방식은, 마무리되지 않은 장치를 주위 조건들에 노출시키지 않으면서, 단일의 리소그래피 및 증발 단계에서의 전체적인 활성 적층부(상부 및 저부 전극들과 스위치 층들)의 증착을 포함하며, 이것은 재생 가능하게 제어되는 특성을 가진 고품질 인터페이스로 이어진다. 보다 상세하게는, Ti/Au 접촉 패드가 처음에 실리콘 기판상에 만들어지고, 단일의 리소그래피 단계에서 리프트-오프를 통해 전체 적층부가 그 위로 증착된다. 다음에, 실리콘 질화물 패시베이션 층(silicon nitride passivation layer)이 스퍼터링 증착되고, 윈도우가 에칭되어 접촉 패드 뿐만 아니라 멤리스터 적층부를 덮은 것이 제거된다. 마지막으로, 제 2 접촉 패드는 실리콘 질화물 층상으로 증착되어 멤리스터 적층부의 상단부에 대한 연결을 제공한다.
위에서 설명된 제 1 제조 접근 방식은 표준적인 포토리소그래피 및 리프트-오프를 이용함으로써 멤리스터를 구현하는 비용 효과적인 방법을 제공한다. 이들 장치들은 보통의 밀도까지 집적하기 위해서 뿐만 아니라, 특성화 목적을 위해서 이용될 수 있다. 상기 방법은 각도 증착 기술(angle evaporation technique)과 부합되므로, 값비싼 공구에 의존하지 않으면서도 100 nm 아래로 전극의 폭을 수축시킬 수 있다. 장치의 적층부는 제조 과정의 완료 이전에 주위에 노출되어야 하며, 이는 인터페이스들의 재생 가능성 및 품질과 관련하여 중요한 것일 수 있다. 그러나, 멤리스터 상부 전극의 티타늄 층 및 산소 농후 티타늄 산화물 층을 포함하는, 상부 인터페이스에 상기와 같은 차단(interruption)이 발생하도록 설계될 수 있다.
제 2 제조 접근 방식은 표준적인 리소그래피 및 리프트-오프를 이용하지만 더 높은 인터페이스 품질을 제공하는데, 왜냐하면 전체적인 장치 적층부가 주위 조건들에 대한 노출 없이 하나의 연속적인 단계로 증착되기 때문이다. 동일한 방법이 나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography)와 조합되어 신뢰성 있는 나노스케일(nanoscale)의 장치를 산출할 수 있다.
위에서 설명된 양쪽의 프로세싱 접근 방식들로 제조된 멤리스터들은 특성화되었다. DC 전류 전압 측정은 상부 및 저부 장치 전극들을 한쌍의 웬트워스 프로브(Wentworth probes)들과 접촉시킴으로써 "웨이퍼상에서(on-wafer)" 수행되었으며, 상기 웬트워스 프로브는 케이틀리(Keithely) 4200 반도체 특성화 시스템과 연결된다. 장치들의 특성은 그들의 이전 상태에 달려있기 때문에, 측정 과정은 매우 중요하다. 따라서, 모든 장치들은 초기에 최대의 네거티브 전압(-5V)에서 바이어스되었고, 다음에, 인가된 바이어스는 50 mV, 1ms 의 긴 단계들에서 최대 5 V 의 전압으로 증가되었으며, 마지막으로 동일한 방식으로 -5V 로 다시 되돌아갔다. 장치 보호의 목적을 위하여, +/- 100 mA 로 제한되는 전류가 모든 측정을 통해 인가되었다.
위에서 설명된 제 1 접근 방식으로 제조된, 1㎛ x 1㎛ 멤리스터의 통상적인 전류-전압 특성들은 도 8 의 그래프에 도시되어 있다 (도 8a 는 도 8 의 그래프의 상세를 나타낸다). 높은 저항 상태(off state)로부터 낮은 저항 상태(on state)로의 천이는 대략 +/- V 의 바이어스에서 발생된다. 더욱이, 각각의 연속적인 스캔(scan) 이후에, 히스테레시스 루프(hysteresis loop)가 넓어지는 것이 명백하다(도 8 에 3 개의 스캔이 도시되어 있다).
유사한 멤리스터 응답(memristive response)이 제 2 방법으로 제조된 장치들에서 관찰되었는데, 그것은 도 9 의 그래프들에 도시된 바와 같다 (그에 대하여 2 개의 스캔이 도시되어 있다). 이러한 경우에, 장치의 단면은 5㎛ X 5㎛ 이었고, 오프 상태(off state)로부터 온 상태(on state)로의 천이가 제 1 기술의 장치들에서와 같이 명백하지 않은 것은 아마도 이 때문이었다. 그러나, 제 2 스캔 이후에 히스테레시스 루프의 확장은 더욱 현저하며, 모든 스캔에 대한 특성 곡선들은 더 완만하여, 더 낳은 품질의 장치 핵심부를 시사한다.
이러한 기술들은 하나의 연속적인 단계에서 완전한 활성 적층부를 구현하는 것을 가능하게 하고 비용 효과적인 방식으로 나노스케일 폭의 치수들을 향하여 멤리스터 전극들을 제어 가능하게 수축시킬 수 있게 한다. 다양한 치수들의 장치들이 제조되었고 특성화되었다. DC 전류-전압 측정은 멤리스터의 거동(memristive behaviour)과 부합되는 재생 가능한 전기적 응답을 나타낸다.
"소성" 뿐만 아니라 멤리스터의 비선형 역학(non-linear dynamic)은 화학적 시냅스(chemical synapse)와 유사한 특성이며 이것은 최근에 "뉴로모픽(neuromorphic)" 집단에서 현저한 관심의 대상이다. 인공적인 시냅틱 네트워크(synaptic network)들은 원칙적으로 인간의 두뇌가 기능하는 방식을 모방하며, 특히 인간의 감각적 네트워크가 감지하는 정보를 처리하고 저장하는 방식을 모방한다. 따라서, 서로 연결된 멤리스터들의 높은 밀도를 포함하는 네트워크들은 이웃하는 뉴런(neuron)들 사이에 있는 다수의 시냅시스(synapses)를 모방하는 커다란 잠재력을 가진다.
| 활성 영역들 및 결과적인 도펀트 종들에 대한 잠재적인 재료들의 목록 | ||
| 제 1 재료 | 제 2 재료 | 도펀트 종(Dopant species) |
| TiO2 | TiO2 +X | 산소 여분 |
| ZrO2 | ZrO2 +X | 산소 여분 |
| HfO2 | HfO2 +X | 산소 여분 |
| SrTiO3 | SrTiO3 +X | 산소 여분 |
비록 본 발명이 위에서 설명된 바와 같은 바람직한 구현예들에 관련하여 설명되었지만, 이들 구현예들이 단지 예시적인 것이며 청구항들이 이들 구현예들에 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 당업자는 첨부된 청구항들의 범위에 속하는 것으로 생각되는 개시된 내용에 비추어 변형 및 대안을 만들 수 있다. 본 명세서에 개시되거나 설명된 각각의 특성은 단독적으로 또는 여기에 개시되거나 시사된 다른 특징과 적절하게 조합되어 포함될 수 있다.
7. 기판 8. 포토레지스 층
11. 저부 전극 13. 제 2 활성 전극
14. 상부 전극 15. 멤리스터 장치
11. 저부 전극 13. 제 2 활성 전극
14. 상부 전극 15. 멤리스터 장치
Claims (20)
- 제 1 전극을 표면상에 증착시키는 단계;
활성층 또는 활성층들을 상기 제 1 전극의 상부에 증착시키는 단계; 및,
제 2 전극을 상기 활성 전극(들)의 상부에 증착시키는 단계;를 포함하고,
활성 층 또는 활성 층들을 증착시키는 상기 단계는 반응성 개스가 내부로 도입되는 분위기(atmosphere)내에서 수행되고, 프로세스 동안에 활성층에 걸쳐서 변화되는 농도로 도펀트(dopant)들이 활성층 안으로 도입되도록 반응성 개스의 부분 압력이 변화되는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
활성층의 도펀트의 농도에서 실질적으로 단계 방식의 변화를 생성하기 위하여 활성층의 증착 동안에 실질적으로 단계 방식으로 실질적으로 제로로부터 제로보다 큰 압력으로 반응성 개스의 부분 압력을 변화시킴을 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
전극들 사이의 활성층에서 실질적으로 연속적으로 변화되는 도펀트들의 농도 변화를 생성하기 위하여 활성층의 증착 동안에 실질적으로 연속적으로 변화되는 방식으로 반응성 개스의 부분 압력을 변화시킴을 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 제 3 항에 있어서,
전극들 사이의 활성층에서 상기 연속적으로 변화되는 도펀트들의 변화는 선형적(linear)인, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
활성층의 증착 단계는 단일의 소스 재료(source material)로부터 비롯된 재료를 증착시킴을 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
활성층을 증착시키는 단계는 다수 층의 활성 영역(multi-layer active region)을 증착시키기 위하여 2 개 또는 그 이상의 소스 재료로부터 비롯된 재료를 증착시킴을 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
활성층을 증착시키는 상기 단계의 적어도 일부를 실질적으로 비 반응성 개스를 포함하는 분위기에서 수행함을 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 실질적으로 비반응성 개스(non-reactive gas)는 아르곤, 네온, 제논 및 크립톤중 하나인, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기한 항들중 한 항에 있어서,
모든 단계들은 프로세스 동안에 스위치를 챔버로부터 제거하지 않으면서 단일 챔버 안에서 수행되는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
활성층을 증착시키는 단계는 활성층에 걸쳐서 산소 이온의 농도를 변화시키기 위하여 반응성 개스가 도입되면서, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 스트론튬-티타늄 또는 실리콘의 산화물을 증착시킴을 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
활성층을 증착시키는 단계는 활성층에 걸쳐서 질소 이온의 농도를 변화시키기 위하여 반응성 개스가 도입되면서 갈륨(gallium)의 질화물을 증착시킴을 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,
상기 반응성 개스는 산소, 질소 및 불소중 하나인, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
활성층을 증착시키는 단계는 RF 스퍼터링 증착(sputtering evaporation), 전자총 증착(electron gun evaporation) 또는 크누센 셀 증착(Knudsen Cell evaporation)을 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 제 1 전극을 표면의 상부에 증착시키는 단계;
제 1 활성층을 상기 제 1 전극의 상부에 증착시키는 단계;
제 2 활성층을 상기 제 1 활성층의 상부에 증착시키는 단계; 및,
제 2 전극을 상기 제 2 활성층의 상부에 증착시키는 단계;를 포함하고,
상기 제 1 활성층 및 상기 제 2 활성층은 개별의 상이한 소스 재료들(source materials)을 이용하여 증착되고, 증착 단계들은 스위치를 챔버로부터 제거하지 않고 단일의 챔버 안에서 수행되는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 상이한 소스 재료들은 산소 또는 질소를 각각 상이한 농도로 가지는 산화물 또는 질화물인, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법으로서,
제 1 전극을 표면상에 증착시키는 단계;
제 1 활성층을 상기 제 1 전극의 상부에 증착시키는 단계;
제 2 활성층을 상기 제 1 활성층의 상부에 증착시키는 단계; 및,
제 2 전극을 상기 제 2 활성층의 상부에 증착시키는 단계;를 포함하고,
상기 스위치의 제조 방법은 상기 제 1 전극과 상기 제 1 활성층 사이 또는 상기 제 2 전극과 상기 제 2 활성 영역 사이에 도핑 층(doping layer)을 증착시킴단계 구비함으로써, 도핑 층으로부터의 이온 도펀트들이 제 1 활성층 또는 제 2 활성층을 통과하여 그 제 1 활성층 또는 제 2 활성층에 도핑되는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 증착시키는 단계들은 플래티늄 및 티타늄의 2 중 층을 증착시킴을 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치의 제조 방법. - 전기한 항들중 어느 한 항의 방법을 이용하여 제조된, 전기적으로 작동 가능한 스위치.
- 제 1 전극;
상기 제 1 전극의 상부에 있는 활성층 또는 활성층들; 및,
상기 활성층(들)의 상부에 있는 제 2 전극;을 포함하는 전기적으로 작동 가능한 스위치로서,
활성층(들)은 전극들 사이의 활성층(들)에 걸쳐서 실질적으로 연속적으로 변화되는 농도로 도펀트를 포함하는, 전기적으로 작동 가능한 스위치. - 제 18 항에 있어서,
상기 활성층은 티타늄의 산화물이고, 상기 이온 도펀트는 산소인, 전기적으로 작동 가능한 스위치.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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