KR101515874B1 - 고신뢰성 고속 멤리스터 - Google Patents

Abstract

멤리스터는 제1 전극, 제1 전극에 평행한 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치되는 스위칭 층을 포함한다. 스위칭 층은 도전 채널 및 저장소 존(reservoir zone)을 포함한다. 도전 채널은 가변 농도의 이동성 이온을 갖는 페르미 글래스 재료를 갖는다. 저장소 존은 도전 채널에 관련하여 측방향으로 위치되며, 도전 채널을 위한 이동성 이온의 소스/싱크로서 기능한다. 스위칭 동작에서, 전계와 열효과의 협력적인 구동력 하에서, 이동성 이온이 측방향으로 위치된 저장소 존 내로 또는 밖으로 이동하게 되어, 도전 채널 내의 이동성 이온의 농도를 변화시킴으로써 페르미 글래스 재료의 도전율이 변경된다.

Description

고신뢰성 고속 멤리스터{HIGH-RELIABILITY HIGH-SPEED MEMRISTOR}

본 발명은 고신뢰성 고속 멤리스터에 관한 것이다.

DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static RAM) 및 NAND 플래시를 포함한 현재의 메모리 기술은 자신의 확장성 한계(scalability limit)에 빠르게 도달하고 있다. 이에 따라, 미래의 메모리 어플리케이션의 성능 요건을 충족할 수 있는 새로운 메모리 기술이 크게 요망되고 있다. 멤리스터의 한 가지 유형인 저항성 RAM(Resistive RAM)이 유망한 기술이며, 우수한 확장성, 비휘발성, 다중-상태 작동, 3D 적층성(stackability), 및 CMOS 호환성을 나타내는 것으로 밝혀져 있다.

그러나, 디바이스 내구성, 열안정성, 및 스위칭 속도와 같은 이러한 디바이스의 성능을 향상시킴에 있어서 도전 과제가 있다.

본 발명에 따라, 제1 전극; 상기 제1 전극에 평행한 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치되며, 도전 채널 및 저장소 존(reservoir zone)을 포함하는 스위칭 층으로서, 상기 도전 채널이 가변 농도의 이동성 이온을 갖는 페르미 글래스 재료(Fermi glass material)를 가지며, 상기 저장소 존이 상기 도전 채널에 관련하여 측방향으로 위치되고, 스위칭 동작 동안 상기 도전 채널에 대한 상기 이동성 이온의 소스/싱크로서 기능하며, 상기 스위칭 동작에서, 상기 이동성 이온이 측방향으로 위치된 상기 저장소 존 내로 이동되거나 또는 상기 저장소 존 밖으로 이동되어, 상기 도전 채널 내의 상기 이동성 이온의 농도를 변화시킴으로써 상기 페르미 글래스 재료의 도전율을 변경시키는, 스위칭 층을 포함하는 멤리스터가 제공된다.

본 발명의 몇몇 실시예를 첨부 도면을 참조하여 일례로서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 높은 내구성, 고속 및 저에너지 멤리스터의 개략 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 특유한 새로운 구조 및 새로운 스위칭 메카니즘을 갖는 멤리스터의 개략 사시도이다.
도 3은 도 1의 높은 내구성, 고속 및 저에너지 멤리스터의 I-V 곡선의 예이다.
도 4는 도 1의 멤리스터의 도전 채널 내의 재료의 저항의 온도 계수를 보여주는 차트이다.
도 5는 새로운 스위칭 메카니즘이 예시되어 있는 도 2의 멤리스터 구조의 개략 횡단면도이다.

아래에 설명되는 바와 같이, 본 발명의 발명자는 멤리스터의 특유의 새로운 구조를 발견하였다. 특유의 스위칭 메카니즘과 결합된 멤리스터의 특유의 구조는 디바이스로 하여금, 크게 향상된 내구성, 낮은 스위칭 에너지, 및 빠른 스위칭 속도를 포함한, 이전에 알려진 스위칭 디바이스에 비하여 크게 향상된 성능 특성을 제공할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멤리스터(100)의 샘플의 평면도를 개략적인 형태로 도시하고 있다. 샘플 디바이스(100)는 탄탈(Ta)로 형성된 상단 전극, 플래티늄(Pt)으로 형성된 하단 전극, 및 상단 전극과 하단 전극 사이에 위치된 스위칭 층을 갖는다. 디바이스 제조 공정에서, 스위칭 층은 비정질 Ta₂O₅를 포함하도록 형성된다. 그러나, 아래에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 디바이스가 작동될 때에 스위칭 층의 조성이 변경된다. 디바이스는 임의의 피드백 또는 파워-제한 회로 없이도 150억 회의 ON-OFF 사이클 후에도 스위칭 가능하게 유지됨으로써 높은 내구성을 입증하였다. 디바이스는 ON 스위칭 및 OFF 스위칭 둘 모두에 대해 2V 미만의 비교적 낮은 전압을 이용하여 스위칭 가능하였다. 더욱이, ON 및 OFF 둘 모두에 대한 스위칭 시간은 2 ㎱ 미만이었다. 그 결과, 디바이스는 매우 낮은 스위칭 에너지(＜1pJ)를 나타낸다.

도 1의 평면도는 압력-변조 컨덕턴스 마이크로스코피(Pressure-modulated Conductance Microscopy, PCM)를 통해 획득된 이미지의 개략적인 표현이다. PCM 이미지는 샘플 다비아스(100)의 상단 전극에 압력을 가하기 위해 비전도 원자력 현미경(non-conducting Atomic Force Microscopy(AFM)) 팁을 이용하는 동시에 작은 전류 바이어스에서 디바이스의 저항의 변경을 모니터링함으로써 얻어진다. 이것은 AFM 팁 위치를 함수로 하여 저항 맵(resistance map)을 발생한다. 맵에서의 저항 변동은 디바이스의 스위칭 층에서의 도전 채널이 식별될 수 있도록 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭 층은 윤곽이 명확한 도전 채널(110)을 갖는 것으로 밝혀졌다. 관찰된 도전 채널은 나노 규모의 치수를 가지며, 샘플 디바이스에 대해서는 약 100 nm이다. 나노 규모의 도전 채널(110)을 전반적으로 환형의 영역(120)이 둘러싸고 있으며, 이 환형의 영역은 아래에 설명되는 바와 같이 도전 채널(110)을 위한 이동성 이온 종(mobile ion species)의 소스/싱크(sink)로서 기능하는 저장소 존(reservoir zone)이다. 아래에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 스위칭 메카니즘은 도전 채널(110)과 측방향으로 위치된(laterally disposed) 저장소 존(120) 간의 이동성 이온 종의 이동을 수반하며, 이것은 고속, 낮은 에너지 및 높은 내구성과 같은 향상된 스위칭 특성을 허용한다.

샘플 디바이스의 스위칭 층에서의 도전 채널(110)의 위치가 PCM 기술에 의해 식별된 후, 샘플 디바이스는 포커싱된 이온 빔(Focused Ion Beam, FIB)을 이용하여 도 1의 A-A 라인을 따라 횡단면으로 절단된다. 그리고나서, 도전 채널 및 그 주변 영역의 구조 및 조성이 횡단면 트랜스미션 일렉트론 마이크로스코피(Cross-sectional Transmission Electron Microscopy, X-TEM) 및 일렉트론 에너지-로스 스펙트로스코피(Electron Energy-Loss Spectroscopy EELS)를 이용하여 검사된다. 이들 기술을 이용한 물리적 특성화에 기초하여, 스위칭 메카니즘뿐만 아니라 도전 채널 영역에 대한 이해가 형성된다.

도 2는 본 발명에 따른 특유한 새로운 구조를 갖는 멤리스터(200)의 구조 및 조성의 개략도이다. 디바이스는 상단 전극(202), 상단 전극과 전반적으로 평행한 하단 전극(204), 및 이들 전극 사이에 위치되는 스위칭 층(206)을 갖는다. 스위칭 층(206)은 상단 전극과 하단 전극 사이의 나노 규모의 도전 채널(210)을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "나노 규모"라는 표현은 아이템의 치수가 나노미터의 규모라는 것을 의미한다. 몇몇 실시예에서, 도전 채널(210)은 도 2에 예시된 바와 같이 상단 전극(202)의 가까이에서는 더 넓고 하단 전극(204) 쪽으로 더 좁아지게 되는 원뿔대(truncated cone)의 형상을 가질 수 있다. 도전 채널(210)에는 선택된 종의 이동성 이온을 제공하거나 흡수할 수 있는 저장소 존(220)이 인접해 있다. 본 실시예에서, 저장소 존(220)은 도전 채널(210)을 둘러싸는 전반적으로 환형의 영역이다. 저장소 존(220)은 상단 전극과 하단 전극 사이의 도전 채널(210)의 수직 중심선(212)을 따라 연속하지 않고 측면에 있도록 도전 채널(210)에 대하여 측방향으로 위치된다. 이것은 이전에 공지된 멤리스터(예컨대, 스위칭 재료로서 티타늄 산화물을 기반으로 하는 디바이스)와는 아주 상이한 놀라운 특징이다. 아래에 설명되는 바와 같이, 이 특징은 멤리스터(200)가 바람직한 복수의 스위칭 특성을 갖도록 하는 특유의 스위칭 메카니즘에 연계되는 것으로 믿겨진다.

도전 채널(210)은 "페르미 글래스(Fermi glass)"처럼 행동하는 재료를 포함한다. 페르미 글래스 재료는 측방향의 저장소 존에 의해 공급되거나 측방향의 저장소 존에 의해 받아들여지는 이동성 이온의 종의 농도를 함수로 하여 조성-유기 금속-절연체 전이(composition-induced metal-insulator transition)를 거칠 수 있다. 그 결과, 도전 채널(210)은 페르미 글래스 재료의 이동성 이온의 농도를 조정함으로써 고저항 상태(OFF 상태) 또는 저저항 상태(ON 상태)로 될 수 있다. 페르미 글래스를 식별하기 위해 이용될 수 있는 또 다른 특성은 이동성 이온 농도를 함수로 하는 자신의 도전율의 온도 계수의 부호(또는 극성)이다.

이러한 점에서, 스위칭을 위해 도전 채널의 재료로서 사용될 수 있는 다수의 상이한 페르미 글래스가 있다. 이들은 산화물, 질화물, 황화물, 인화물(phosphoride), 탄화물, 붕소화물(boronide), 불화물(fluoride), 칼코겐화물(chalcogenide) 등을 포함할 수 있으며, 2성분계, 3성분계, 4성분계 또는 그 이상일 수 있다. 이러한 페르미 글래스 재료의 몇몇 예는 TaO_x, HfO_x, ZrO_x, YO_x, ErO_x, SmO_x, ScO_x, GdO_x, TiO_x, MnO_x, SnO_x, CrO_x, WO_x, NbO_x, MoO_x, VO_x, CoO_x, FeO_x, NiO_x, ZnO_x, MgO_x, CaO_x, AlO_x, SiO_x, GaO_x, AlN_x, GaN_x, SiN_x, SiC_x, BC_x, Ag_xS, Cu_xS, BN_x, SrTiO_{3 -x}, CaZrO_{3 -x}, LiTiO_x, PCMO (Pr_{0 .7}Ca_{0 .3}MnO_x) 등을 포함하며, 여기서 0＜x≤3이다.

전술한 바와 같이 샘플 디바이스(100)의 분석으로부터 획득된 정보에 기초하여, 일실시예에서, 도전 채널(210)은 탄탈과 산소의 고용체를 포함하지만, 산소의 농도가 Ta에 대한 텍스트북 상평형도(textbook phase diagram)에 의해 제공된 것처럼 20% 한계를 초과할 수 있다. Ta-O 고용체는 비정질로 유지된다. 탄탈-산소 고용체는 이와 달리 탄탈이 복수의 원자가 값(valence value)을 갖는 탄탈 산화물(tantalum oxide)의 비정질 막으로서 보일 수도 있다. 이 경우, Ta-O 고용체는 이동성 이온 종으로서 산소 음이온(O^{2 -})을 갖는 페르미 글래스처럼 행동한다. O^{2 -} 농도의 비교적 작은 변화가 Ta-O 고용체의 전체적인 도전율의 커다란 변화를 야기할 수 있다. 저저항 상태(LRS) 또는 ON 상태에서, 전도성 채널에서의 Ta-O 고용체는 도 3에서의 ON 상태에서의 선형 I-V 곡선부(230) 및 도 4에서의 ON 상태 동안의 라인 240의 경사에 의해 나타낸 바와 같은 양의 열저항 계수(positive thermal coefficient of resistance, TCR)에 의해 입증된 금속성 행동(metallic behavior)을 나타낸다. OFF 상태는 또한 도 3에서의 거의 선형의 I-V 곡선부(232)를 나타내지만, 도 4에서의 OFF 상태 동안 라인 242에 의해 나타낸 바와 같이 음의 TCR을 갖는다.

Ta-O 고용체의 페르미-글래스 동작은, O^{2 -} 농도를 함수로 하는 이러한 재료의 도전율 변화와, 금속측 상의 포지티브로부터 전이의 절연측 상의 네거티브로의 열저항 계수(TCR)의 부호 변화에 대한 연구에 의해 확인된다. TCR을 상이한 산소 농도를 갖는 Ti-O 막의 기준 막에 부합시키는 것에 기초하여, 도전 채널의 평균 산소 농도값은 ON 상태에 대해서는 대략 15±5 원자%, 중간 상태에 대해서는 대략 23±5 원자%, 및 OFF 상태에 대해서는 대략 54±5 원자%인 것으로 판명되었다. 도전 채널을 둘러싸는 환형의 소스/싱크 지역은 탄탈 산화물(TiO_x)로 형성되며, 이 산화물의 조성은 Ta₂O₅에 가까울 것으로 기대된다. 저장소 존(220)에 바로 인접한 영역(222)은 주로 Ta₂O₅를 포함하며, 몇몇 부분은 스위칭 동작에 의해 야기된 상당한 발열의 증거가 되는 결정화(고온 정방정계(tetragonal) α-Ta₂O₅ 상)가 이루어지는 것으로 관찰되었다. 결정화된 Ta₂O₅ 영역(222) 외측의 스위칭 층의 나머지 부분은 비정질의 Ta₂O₅(성장된 바와 같은)이다.

새로운 멤리스터의 구조 및 조성 분석은 이전에 공지된 멤리스터의 스위칭 메카니즘과는 매우 상이한 특유의 스위칭 메카니즘을 보이고 있다. 새로운 스위칭 메카니즘은 여기에서는 채널 재료로서 Ta-O를 기반으로 하는 디바이스를 이용하여 일례로서 설명된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 디바이스의 액티브 영역은 탄탈 산화물(TaO_x)의 측방 저장소 존(220)에 의해 하단부가 둘러싸인 도전 채널(210)을 갖는다. 디바이스(200)는 페르미 글래스로서 행동하는 도전 채널(210) 내의 Ta-O 고용체에서의 O^{2 -} 음이온의 농도를 변화시킴으로써 ON에서 OFF로 또는 OFF에서 ON으로 전환될 수 있다. 즉, 디바이스(200)는 도전 채널(210) 내의 재료의 조성-유기 도전율 변화(composition-induced conductivity change)를 통해 스위칭된다.

스위칭은 ON-스위칭 전압과 OFF-스위칭 전압이 반대 극성을 갖는 바이폴라이다. 디바이스를 OFF(HRS) 상태에서 ON(LRS) 상태로 스위칭하기 위해, 도 5의 좌측에 예시된 바와 같이, 상단 전극(202)에는 양의 전압이 인가되는 한편, 하단 전극(204)은 등가의 음의 전압으로 바이어스된다. 그 결과의 전계 E가 산소 음이온을 위쪽으로 가게 한다. 이와 동시에, OFF 상태에서의 전자 전류의 주울 발열(Joule heating)에 의해 급격한 온도 기울기가 발생되어, 열영동(thermophoresis)으로서도 알려진 소레 효과(Soret effect)를 야기한다. 열영동은 급격한 온도 기울기에서의 이동성 종(원자, 이온 또는 베이컨시(vacancy)와 같은)의 확산이며, 급격한 온도 경사 하에서는 희박 베이컨스(dilute vacancy)(예컨대, 희박 산소)가 더 높은 온도 쪽으로 우선적으로 확산할 수 있다. 이 경우, 열영동 효과는 산소 베이컨시를 저장소 존(220)으로부터 도전 채널(210)의 중앙을 향해 방사상으로 안쪽으로 확산하도록 한다. 그 등가의 보기(equivalent view)에서는, 산소 음이온이 도전 채널(210)로부터 측방의 저장소(220)를 향해 외측으로 확산한다. 그러므로, 산소 음이온이 인가된 전계로 인해 도전 채널의 하위부로부터 위쪽으로 드리프트하며, 그리고나서 채널에서 벗어나 측방향의 저장소로 방사상으로 퍼져나간다. 전계에 의해 야기된 수직 드리프팅과 열영동에 의해 야기된 측방향 확산의 조합된 효과 또는 협동적 효과로 인해, 산소 음이온 O^{2 -}은 곡선 화살표 250 및 252에 의해 예시된 바와 같이 도전 채널의 하위부를 벗어나 비선형 경로를 따라 이동한다. 도전 채널(210)에서의 산소 농도의 감소는 저항이 낮아지게 하며, 이에 의해 디바이스가 ON 상태로 되게 한다.

디바이스를 ON 상태에서 OFF 상태로 전환하기 위해, 도 5의 우측에 예시된 바와 같이 하단 전극에 양의 스위칭 전압이 인가된다. 그러므로, OFF-스위칭을 위한 전계는 ON-스위칭의 전계와 반대로 된다. 디바이스가 ON 상태로 시작함에 따라, 도전 채널(210)을 통한 초기 스위칭 전류는 크다. 높은 전력은 도전 채널(210) 및 그 주변의 온도를 상승시킨다. ON 상태에서의 채널의 더 높은 전기 및 열 전도율은 디바이스에 전력이 인가될 때에 열을 더욱 균일하게 분포시킨다. 그 결과, 그 결과의 온도 기울기가 더 평탄하게 되어(OFF 스위칭 동안의 커다란 기울기에 비하여), 측방향의 저장소 존(220)(고농도)으로부터 도전 채널(저농도)의 중앙 쪽으로의 산소 음이온 O^{2 -}의 신속한 픽 확산(Fick diffusion)을 가능하게 한다. 확산된 산소 음이온은 그와 동시에 스위칭 전압에 의해 발생된 전계 E에 의해 아래쪽으로 이동하게 된다. 산소 음이온의 일반적인 경로는 곡선 화살표 250 및 252에 의해 예시되어 있다. 그 결과, 도전 채널(210)의 하위부에서의 산소 농도가 보충되어, Ta-O 고용체의 저항률이 크게 증가되게 하며, 이에 의해 디바이스를 OFF 또는 HRS 상태로 되게 한다. 역시, ON-스위칭 동작에서와 같이, 측방향 저장소(220)와 도전 채널(210)의 하위부 간의 이동성 산소 음이온의 교환은 스위칭을 위한 주요 메카니즘이 된다.

전술한 스위칭 메카니즘은 이동성 이온을 공급하거나 받아들여 조성-유기 도전율 변화를 야기하기 위해 도전 채널의 측면에 위치된 측방향 저장소를 활용한다. 이 스위칭 메카니즘은 이 상황에서는 터널링 갭이 없기 때문에 터널링 갭 감소(ON 스위칭을 위해) 또는 증가(OFF 스위칭을 위해)를 수반하지 않는다는 것에 유의하기 바란다. 이것은 다른 공지의 스위칭 산화물에 대해서는 발견되는 것과 같은 터널 갭의 조정을 기반으로 하는 스위칭 메카니즘과는 매우 상이한 새로운 스위칭 메카니즘이다.

또한, 이온 소스/싱크가 도전 채널에 직렬로 되어 있는(즉, 축을 따라 또는 하나의 전극에서부터 다른 전극으로의 전계를 따라 배치된) 티타늄 산화물계 디바이스(titanium oxide-based device)와 같은 다른 공지의 멤리스터와도 매우 상이하다. 채널의 스위칭부가 전자 수송을 주도하므로, 직렬로 되어 있는 저장소는 통상적으로 채널의 스위칭부보다 도전성이 더 크고, 더 많은 산소 베이컨시(Ti-O의 경우에)를 포함하는 한편, 병렬로 되어 있는 저장소는 통상적으로 채널의 스위칭부보다 저항성이 더 크고, 더 많은 산소 음이온(Ti-O의 경우에)을 포함한다. 따라서, 열 확산은 후자(저장소가 병렬로 되어 있는 구성)의 OFF 스위칭을 수월하게 하고, 전자(저장소가 직렬로 되어 있는 구성)의 OFF 스위칭을 수월하게 하지는 못한다. 실제로, 열 확산은 전계에 대해 반대로 되는 구동 방향으로 인해 Ti-O 기반의 디바이스에서의 OFF 스위칭을 크게 느려지게 하여, 이들 시스템의 몇몇에서의 OFF 스위칭을 급수가 다른 규모(orders of magnitude)로 느려지게 한다. 또한, 고속의 OFF 스위칭(예컨대, 10 ns)을 획득하기 위해, 상당히 큰 전력이 요구되어, OFF 스위칭을 이들 디바이스에서 가장 전력을 많이 소모하는 프로세스가 되게 한다.

반대로, 새로운 디바이스 구조 및 메카니즘에서는, 일실시예로서 Ta-O 스위칭 시스템과 함께 위에서 설명한 바와 같이, 전계 및 열 효과가 함께 조합되어 협동적으로 작용하여, 초고속 스위칭 속도를 발생하며, 이 속도에서는 ON 및 OFF 스위칭 둘 모두에 대해 스위치를 유사한 속도로 스위칭하기 위해 동일한 낮은 크기의 전압이 이용된다. 이것은 이러한 타입의 디바이스에 대한 작동 에너지를 훨씬 더 낮게 할 수 있으며, Ti-O 나노디바이스에 대해서는 50㎚×50㎚ 디바이스를 스위칭하기 위해 100 ㎂가 넘는 전류가 이용되는 것에 비하여 10 ㎂ 아래의 전류가 이용될 수 있다.

신뢰성이 높은 멤리스터를 제공하는 새로운 디바이스 구조/조성의 일실시예로서 위에서는 Ta-O 시스템을 설명하였다. 그러나, 다른 시스템 또한 유사한 구조 및 스위칭 동작을 나타낼 것으로 기대되며, 그러므로 이러한 다른 시스템도 본 발명의 범위 내에 있는 것이다. 일례로서, Hf-O 시스템은 Ta-O 시스템에 관련하여 위에서 설명한 바와 같은 구조 및 스위칭 메카니즘을 나타낸다. 멤리스터의 신뢰성은 스위칭 프로세스 동안의 도전 채널의 열역학적 안정성에 직접 연관되는 것으로 생각된다. 그러므로, 사용된 시스템은, 2와 같은 평형 상태에서의 최소 개수의 열역학적으로 안정한 상(phase)을 갖는, 단순한 이진수 1(simple binary one)로 되는 이점을 가질 수 있다.

전술한 상세한 설명에는 본 발명의 이해를 제공하기 위해 다수의 세부구성이 설명되어 있다. 그러나, 당업자는 본 발명을 이러한 세부구성 없이도 실시할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명을 한정된 수의 실시예에 대하여 개시하였지만, 당업자는 이들 실시예로부터 다수의 수정예 및 변형예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 첨부된 청구범위는 이러한 수정예 및 변형예를 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 포함할 것이다.

Claims (15)

1. 멤리스터에 있어서,
   제1 전극;
   상기 제1 전극에 평행한 제2 전극; 및
   상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치되며, 도전 채널 및 저장소 존(reservoir zone)을 포함하는 스위칭 층으로서, 상기 도전 채널이 가변 농도의 이동성 이온을 갖는 페르미 글래스 재료(Fermi glass material)를 가지며, 상기 저장소 존이 상기 도전 채널에 관련하여 측방향으로 위치되고, 스위칭 동작 동안 상기 도전 채널에 대한 상기 이동성 이온의 소스/싱크로서 기능하며, 상기 스위칭 동작에서, 상기 이동성 이온이 측방향으로 위치된 상기 저장소 존 내로 이동되거나 또는 상기 저장소 존 밖으로 이동되어, 상기 도전 채널 내의 상기 이동성 이온의 농도를 변화시킴으로써 상기 페르미 글래스 재료의 도전율을 변경시키는, 스위칭 층
   을 포함하는 멤리스터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 페르미 글래스 재료는 금속과 상기 이동성 이온의 고용체인, 멤리스터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 금속은 탄탈(tantalum)인, 멤리스터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 이동성 이온은 산소 음이온인, 멤리스터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 페르미 글래스 재료는 산화물, 질화물, 황화물, 인화물(phosphoride), 칼코겐화물(chalcogenide), 탄화물, 붕소화물(boronide) 및 불화물(fluoride)을 포함하는 군에서 선택되는, 멤리스터.
6. 제1항에 있어서,
   상기 도전 채널은, 협폭쪽 단부(narrower end)가 상기 제2 전극에 접촉하는 원뿔대의 형상을 갖는, 멤리스터.
7. 제6항에 있어서,
   측방향으로 위치된 상기 저장소 존은, 상기 도전 채널의 협폭쪽 단부를 둘러싸는 환형의 영역을 형성하는, 멤리스터.
8. 제7항에 있어서,
   상기 페르미 글래스는 탄탈과 산소의 고용체인, 멤리스터.
9. 제8항에 있어서,
   상기 저장소 존은 탄탈 산화물을 포함하는, 멤리스터.
10. 제9항에 있어서,
    상기 저장소 존은 결정화된 Ta₂O₅에 의해 둘러싸이게 되는, 멤리스터.
11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극은 탄탈로 형성되고, 상기 제2 전극은 플래티늄(platinum)으로 형성되는, 멤리스터.
12. 제1 및 제2 평행 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치되고, 페르미 글래스를 포함하는 도전 채널과, 이동성 이온의 종(a species of mobile ions)을 공급하고 받아들이기 위한 측방향으로 위치된 저장소 존을 포함하는 멤리스터를 스위칭하는 방법에 있어서,
    상기 멤리스터를 턴온시키기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 제1 스위칭 전압을 인가하는 단계로서, 상기 제1 스위칭 전압은 제1 열 효과와 협동하여 상기 이동성 이온을 상기 도전 채널로부터 상기 측방향으로 위치된 저장소 쪽으로 이동시킴으로써 상기 페르미 글래스 재료에서의 상기 이동성 이온의 농도를 감소시키는, 단계; 및
    상기 멤리스터를 턴오프시키기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 제2 스위칭 전압을 인가하는 단계로서, 상기 제2 스위칭 전압은 상기 제1 스위칭 전압과 극성이 반대이고, 제2 열 효과와 협동하여 상기 이동성 이온을 상기 측방향으로 위치된 저장소 존으로부터 상기 도전 채널 쪽으로 이동시킴으로써 상기 페르미 글래스 재료에서의 상기 이동성 이온의 농도를 증가시키는, 단계
    를 포함하는 멤리스터를 스위칭하는 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 페르미 글래스는 금속과 산소의 고용체인, 멤리스터를 스위칭하는 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 금속은 탄탈인, 멤리스터를 스위칭하는 방법.
15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 열 효과는 열영동(thermophoresis)이고, 상기 제2 열 효과는 열확산(thermal diffusion)인, 멤리스터를 스위칭하는 방법.

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