KR102013858B1 - Multi-function electronic device having memristor and memcapacitor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 및 그 제조방법을 제공한다. 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자는 유기물을 포함하는 제1 절연층/ 활성층/유기물을 포함하는 제2 절연층의 적층구조를 통하여, 인가 전압에 따라 저항 및 정전용량이 변화하는 것을 특징으로 한다.It provides a memristor and a mem capacitor multifunctional electronic device and a method of manufacturing the same. The memristor and the mem capacitor multifunction electronic device are characterized in that the resistance and the capacitance change according to the applied voltage through the laminated structure of the first insulating layer / active layer / organic material including the organic material.
Description
본 발명은 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 단일소재로 멤리스터 및 멤커패시터 기능을 갖는 다기능 전자소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
미래 사회는 정보량이 급격하게 증가하기 때문에 효과적으로 정보를 저장하고 처리할 수 있는 기술이 요구된다. 그러므로 기존 실리콘 기반의 소자에서 구현하는 이진법 연산보다 연산효율이 높고, 단위면적당 많은 양의 정보를 저장할 수 있으며, 빠른 작동 속도로 정보처리에 필요한 에너지를 획기적으로 저감할 수 있는 대안 기술이 필요하다.The future society requires a technology that can effectively store and process information because the amount of information increases rapidly. Therefore, there is a need for an alternative technology that is more efficient than binary operations implemented in silicon-based devices, can store a large amount of information per unit area, and can dramatically reduce energy required for information processing at a high operating speed.
전자회로는 저항(resistor), 커패시터(capacitor), 인덕터(inductor)와 같은 기본 요소 성분의 조합으로 표현된다. 일반적으로 물질은 하나의 저항이나 정전용량 값을 나타내기 때문에 다양한 정보를 표현하기 위해서는 다수의 기본 성분이 필요하다.An electronic circuit is represented by a combination of basic elemental components, such as a resistor, a capacitor, and an inductor. In general, a material represents a single resistance or capacitance value, and thus a number of basic components are required to express various information.
따라서 전압에 의해 저항과 정전용량을 단계적으로 조절할 수 있고, 저항과 정전용량 값을 저장할 수 있는 소재가 개발된다면 전자회로를 획기적으로 간소화할 수 있으며, 소비 전력 또한 크게 저감할 수 있다.Therefore, if the material that can adjust the resistance and capacitance step by step and store the resistance and capacitance value is developed, the electronic circuit can be greatly simplified and the power consumption can be greatly reduced.
현재 활발히 연구가 진행 중인 멤리스터(memristor) 소자는 저항 상태를 기억하는 메모리 기능과 전압에 의해 저항이 변조되는 스위칭 기능을 동시에 구현하기 때문에 뉴로모픽 및 멤컴퓨팅(mem-computing) 분야에 응용이 가능하다.The memristor device, which is being actively researched, implements a memory function that remembers the resistance state and a switching function whose resistance is modulated by voltage, so that it is suitable for neuromorphic and mem-computing applications It is possible.
멤커패시터(memcapacitor) 소자는 멤리스터와 유사한 특성으로 전압에 의해 정전용량이 변조되고 스위칭 기능과 정전용량 상태를 기억하는 메모리 기능이 동시에 구현된다. 그러므로 멤리스터 소자가 응용될 수 있는 뉴로모픽 및 멤컴퓨팅 분야에 적용할 수 있다. 뿐만 아니라, 멤커패시터 소재는 정전용량이 변조되기 때문에 트랜지스터 소자의 게이트 절연막(gate dielectric)으로 적용이 가능해 다치로직 소자에도 응용이 가능하다.The memcapacitor device has characteristics similar to memristors, in which capacitance is modulated by voltage, and a switching function and a memory function for storing the capacitance state are simultaneously implemented. Therefore, it can be applied to neuromorphic and memcomputation fields in which memristor devices can be applied. In addition, because the capacitance is modulated, the mem- capacitor material can be used as a gate dielectric of a transistor device, and thus can be applied to multi-valued logic devices.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단일소재로 멤리스터 및 멤커패시터 기능을 갖는 다기능 전자소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a multifunctional electronic device having a memristor and a mecapacitor function as a single material and a method of manufacturing the same.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자를 제공한다. 본 발명에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 위치하되, 유기물을 포함하는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 위치하는 활성층, 상기 활성층 상에 위치하되, 유기물을 포함하는 제2 절연층 및 상기 제2 절연층 상에 위치하는 제2 전극을 포함하고, 상기 활성층은 인가 전압에 따라 저항 및 정전용량이 변화하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, an aspect of the present invention provides a memristor and a mem capacitor multifunction electronic device. According to an embodiment of the present invention, a memristor and a mechan capacitor multifunction electronic device includes a substrate, a first electrode positioned on the substrate, a first insulating layer disposed on the first electrode, and including an organic material, on the first insulating layer. An active layer positioned on the active layer, the second insulating layer including an organic material, and a second electrode positioned on the second insulating layer, wherein the active layer has a resistance and capacitance varying according to an applied voltage. It is characterized by.
또한, 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은 각각 독립적으로 PMMA 또는 PVA 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first insulating layer and the second insulating layer is characterized in that each independently comprises a PMMA or PVA material.
또한, 상기 활성층은 초박막 구조인 것을 특징으로 한다.In addition, the active layer is characterized in that the ultra-thin film structure.
또한, 상기 활성층은 그래핀, 금속산화물, 금속질화물, 금속황화물, 금속셀렌화물 또는 금속텔루르화물을 포함할 수 있다.In addition, the active layer may include graphene, metal oxides, metal nitrides, metal sulfides, metal selenides or metal tellurides.
또한, 이때의 그래핀은 단층 그래핀, 이층 그래핀, 다층 그래핀 또는 도핑된 그래핀을 포함할 수 있다.In addition, the graphene at this time may include a single layer graphene, two-layer graphene, multilayer graphene or doped graphene.
또한, 이때의 금속산화물은 CaO, CdO, Co3O4, CoO2, CuO2, MoO3, WO3, Ga2O3, MnO2, ZnO, RuO2, TiO2, SnO2, Nb2O5, NiO, CrO2, Fe3O4, ZrO2, HfO2 또는 V2O5를 포함할 수 있다.In this case, the metal oxide may be CaO, CdO, Co 3 O 4 , CoO 2 , CuO 2 , MoO 3 , WO 3 , Ga 2 O 3 , MnO 2 , ZnO, RuO 2 , TiO 2 , SnO 2 , Nb 2 O 5 , NiO, CrO 2 , Fe 3 O 4 , ZrO 2 , HfO 2 or V 2 O 5 .
또한, 이때의 금속질화물은 Ti2N, Ti3N2, Ti4N3, Zr2N, V2N 또는 Cr2N을 포함할 수 있다.In this case, the metal nitride may include Ti 2 N, Ti 3 N 2 , Ti 4 N 3 , Zr 2 N, V 2 N, or Cr 2 N.
또한, 이때의 금속황화물은 MoS2, WS2, ReS2, NbS2, ZrS2, TiS2, HfS2 또는 VS2을 포함할 수 있다.In this case, the metal sulfide may include MoS 2 , WS 2 , ReS 2 , NbS 2 , ZrS 2 , TiS 2 , HfS 2 or VS 2 .
또한, 이때의 금속셀렌화물은 MoSe2, WSe2, ReSe2, NbSe2, ZrSe2, TiSe2, HfSe2 또는 VSe2을 포함할 수 있다.In this case, the metal selenide may include MoSe 2 , WSe 2 , ReSe 2 , NbSe 2 , ZrSe 2 , TiSe 2 , HfSe 2, or VSe 2 .
또한, 이때의 금속텔루르화물은 MoTe2, WTe2, ReTe2, NbTe2, ZrTe2, TiTe2, HfTe2 또는 VTe2을 포함할 수 있다.In this case, the metal telluride may include MoTe 2 , WTe 2 , ReTe 2 , NbTe 2 , ZrTe 2 , TiTe 2 , HfTe 2, or VTe 2 .
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법은 제1 모재 상에 활성층 및 유기물을 포함하는 제2 절연층을 차례로 형성하는 단계, 상기 제1 모재를 제거하는 단계, 기판 상에 제1 전극 및 유기물을 포함하는 제1 절연층을 차례로 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 상에 상기 활성층이 위치하도록 상기 활성층 및 제2 절연층을 전사하는 단계 및 상기 제2 절연층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 활성층은 인가 전압에 따라 저항 및 정전용량이 변화하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, another aspect of the present invention provides a method for manufacturing a memristor and a mem capacitor multifunction electronic device. According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a memristor and a mem capacitor multifunction electronic device, sequentially forming a second insulating layer including an active layer and an organic material on a first base material, removing the first base material, and a first substrate on a substrate. Sequentially forming a first insulating layer including an electrode and an organic material, transferring the active layer and the second insulating layer so that the active layer is positioned on the first insulating layer, and a second electrode on the second insulating layer Forming a step, wherein the active layer is characterized in that the resistance and capacitance changes according to the applied voltage.
또한, 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은 각각 독립적으로 PMMA 또는 PVA 물질을 포함할 수 있다.In addition, the first insulating layer and the second insulating layer may each independently include a PMMA or PVA material.
또한, 상기 활성층은 2차원 소재 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the active layer is characterized in that it comprises a two-dimensional material material.
또한, 상기 활성층은 초박막 구조인 것을 특징으로 한다.In addition, the active layer is characterized in that the ultra-thin film structure.
또한, 상기 활성층은 그래핀, 금속산화물, 금속질화물, 금속황화물, 금속셀렌화물 또는 금속텔루르화물을 포함할 수 있다.In addition, the active layer may include graphene, metal oxides, metal nitrides, metal sulfides, metal selenides or metal tellurides.
본 발명에 따르면, 하나의 단일소재로 멤리스터와 멤커패시터 동작이 같이 구현될 수 있는 바, 전자회로를 구성하는 저항, 커패시터를 하나의 물질로 대체할 수 있다. 즉, 다양한 저항과 정전용량 값이 필요한 구성요소를 하나의 물질로 대체할 수 있다. 따라서 전자회로를 구성하는 공정이 간단해져 공정 비용을 낮출 수 있다.According to the present invention, the operation of the memristor and the mecapacitor may be implemented with one single material, and the resistor and the capacitor constituting the electronic circuit may be replaced with one material. That is, a single material can be replaced with components requiring various resistance and capacitance values. Therefore, the process of configuring the electronic circuit can be simplified and the process cost can be lowered.
또한 멤리스터와 멤커패시터는 저항 및 정전용량 값이 안정적으로 이중 변조가 가능하기 때문에 연산과 메모리 소자를 하나의 소자로 구현할 수 있다. 따라서, 단위면적당 정보 처리량을 효율적으로 증가시킬 수 있고 연산 속도와 소모전력을 획기적으로 저감할 수 있다.In addition, since memristors and memcapacitors can reliably double-modulate resistance and capacitance values, computational and memory devices can be realized as one device. Therefore, information throughput per unit area can be efficiently increased, and computational speed and power consumption can be significantly reduced.
나아가, 뉴로모픽 및 멤컴퓨팅 시스템에 동시에 활용 가능하며, 다치로직 소자에도 적용할 수 있으므로 차세대 반도체 소자의 대부분 분야에 걸쳐 응용분야를 도출할 수 있을 것이다.Furthermore, it can be used simultaneously in neuromorphic and memcomputing systems, and can be applied to multi-valued logic devices, which will lead to application fields for most fields of next-generation semiconductor devices.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but should be understood to include all the effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 일 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 스위칭 메커니즘을 나타낸 밴드갭 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 공정 개략도이다.
도 6은 제조예 1에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 I-V 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 제조예 1에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 C-V 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8 및 도 9는 제조예 1에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 멤리스터로의 소자 안정성을 측정한 그래프들이다.
도 10 및 도 11은 제조예 1에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 멤커패시터로의 소자 안정성을 측정한 그래프들이다.1 is a cross-sectional view of a memristor and a mem capacitor multifunction electronic device according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are bandgap diagrams illustrating a switching mechanism of a memristor and a mecapacitor multifunction electronic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a process schematic diagram illustrating a method of manufacturing a memristor and a mecapacitor multifunction electronic device according to an embodiment of the present invention according to process steps.
FIG. 6 is a graph showing IV characteristics of a memristor and a memcapacitor multifunctional electronic device according to Preparation Example 1. FIG.
FIG. 7 is a graph showing CV characteristics of a memristor and a memcapacitor multifunctional electronic device according to Preparation Example 1. FIG.
8 and 9 are graphs measuring the stability of the device to the memristor of the memristor and the mem capacitor multifunctional electronic device according to Preparation Example 1.
10 and 11 are graphs measuring device stability of memristors and memcapacitor multifunctional electronic devices according to Preparation Example 1 to memcapacitors.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes the case. In addition, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
또한, 본 발명에서 사용하는 용어 “A/B/C 다층구조”는 A층 상에 B층 및 C층이 차례로 위치하는 구조를 의미한다.In addition, the term "A / B / C multi-layer structure" used in the present invention means a structure in which the B layer and the C layer are sequentially located on the A layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자를 설명한다.It describes a memristor and a mem capacitor multifunction electronic device according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 일 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a memristor and a mem capacitor multifunction electronic device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자는 기판(100) 상에 차례로 적층된 제1 전극(200), 제1 절연층(300), 활성층(400), 제2 절연층(500) 및 제2 전극(600)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, in an embodiment of the present disclosure, a memristor and a mechan capacitor multifunction electronic device may include a
기판(100)은 지지기판 역할을 할 수 있는 물질이면 어는 것이나 가능할 것이다. 예를 들어, 이러한 기판(100)은 실리콘(Si) 기판 또는 Si/SiO2 기판일 수 있다. 한편, 이러한 기판은 경우에 따라 생략할 수 있다.The
제1 전극(200)은 기판(100) 상에 위치할 수 있다. 이러한 제1 전극(200)은 전극 물질이면 어느 것이나 가능할 것이다. 예를 들어, 제1 전극(200)은 Al 전극일 수 있다.The
제1 절연층(300)은 제1 전극(200) 상에 위치할 수 있다. 제1 절연층(300)은 절연체 물질이면 어느 것이나 가능할 것이다. 예를 들어, 제1 절연층(300)은 유기물을 포함할 수 있다. 이러한 유기물은 절연체 물질로서 예를 들어, PMMA(poly methyl methacrylate) 또는 PVP(poly vinyl pyrrolidone)을 포함할 수 있다.The first insulating
활성층(400)은 제1 절연층(300) 상에 위치할 수 있다. 활성층(400)은 전하 저장 능력이 있는 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 활성층(400)은 그래핀, 금속산화물, 금속질화물, 금속황화물, 금속셀렌화물 또는 금속텔루르화물을 포함할 수 있다.The
예를 들어, 상기 그래핀은 단층 그래핀, 이층 그래핀, 다층 그래핀 또는 도핑된 그래핀을 포함할 수 있다.For example, the graphene may include monolayer graphene, bilayer graphene, multilayer graphene, or doped graphene.
또한, 예를 들어, 상기 금속산화물은 CaO, CdO, Co3O4, CoO2, CuO2, MoO3, WO3, Ga2O3, MnO2, ZnO, RuO2, TiO2, SnO2, Nb2O5, NiO, CrO2, Fe3O4, ZrO2, HfO2 또는 V2O5을 포함할 수 있다.Further, for example, the metal oxide may be CaO, CdO, Co 3 O 4 , CoO 2 , CuO 2 , MoO 3 , WO 3 , Ga 2 O 3 , MnO 2 , ZnO, RuO 2 , TiO 2 , SnO 2 , Nb 2 O 5 , NiO, CrO 2 , Fe 3 O 4 , ZrO 2 , HfO 2 or V 2 O 5 .
또한, 예를 들어, 상기 금속질화물은 Ti2N, Ti3N2, Ti4N3, Zr2N, V2N 또는 Cr2N을 포함할 수 있다.Also, for example, the metal nitride may include Ti 2 N, Ti 3 N 2 , Ti 4 N 3 , Zr 2 N, V 2 N, or Cr 2 N.
또한, 예를 들어, 상기 금속황화물은 MoS2, MoS2, WS2, ReS2, NbS2, ZrS2, TiS2, HfS2 또는 VS2을 포함할 수 있다.Further, for example, the metal sulfide may include MoS 2 , MoS 2 , WS 2 , ReS 2 , NbS 2 , ZrS 2 , TiS 2 , HfS 2 or VS 2 .
또한, 예를 들어, 상기 금속셀렌화물은 MoSe2, WSe2, ReSe2, NbSe2, ZrSe2, TiSe2, HfSe2 또는 VSe2을 포함할 수 있다.Also, for example, the metal selenide may include MoSe 2 , WSe 2 , ReSe 2 , NbSe 2 , ZrSe 2 , TiSe 2 , HfSe 2, or VSe 2 .
또한, 예를 들어, 상기 금속텔루르화물은 MoTe2, WTe2, ReTe2, NbTe2, ZrTe2, TiTe2, HfTe2 또는 VTe2을 포함할 수 있다.Also, for example, the metal telluride may include MoTe 2 , WTe 2 , ReTe 2 , NbTe 2 , ZrTe 2 , TiTe 2 , HfTe 2 or VTe 2 .
또한, 이때의 활성층(400)은 2차원 소재 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 활성층(400)은 2차원 소재 물질인 MoS2를 포함할 수 있다. 따라서, 이때의 MoS2는 2차원 소재로서 전하 저장 능력이 우수한 물질이다.In addition, the
이때의 활성층(400)은 초박막 구조일 수 있다. 예를 들어, 활성층(400)은 MoS2 초박막층일 수 있다.At this time, the
이러한 활성층(400)은 인가 전압에 따라 저항 및 정전용량이 변화하는 것을 특징으로 한다.The
예를 들어, 인가 전압에 따라 활성층(400)으로 사용된 MoS2에 의한 전하 저장 변화에 의하여 활성층(400)의 저항과 정전용량이 변조될 수 있다.For example, the resistance and capacitance of the
이에 대한 자세한 스위칭 메커니즘은 도 2 내지 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.A detailed switching mechanism thereof will be described later with reference to FIGS. 2 to 4.
제2 절연층(500)은 활성층(400) 상에 위치할 수 있다. 제2 절연층(500)은 절연체 물질이면 어느 것이나 가능할 것이다. 예를 들어, 제2 절연층(500)은 유기물을 포함할 수 있다. 이러한 유기물은 절연체 물질로서 예를 들어, PMMA(poly methyl methacrylate) 또는 PVP(poly vinyl pyrrolidone)을 포함할 수 있다.The second
제2 전극(600)은 제2 절연층(500) 상에 위치할 수 있다. 이러한 제2 전극(600)은 전극 물질이면 어느 것이나 가능할 것이다. 예를 들어, 제2 전극(600)은 Al 전극일 수 있다.The
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 스위칭 메커니즘을 나타낸 밴드갭 다이어그램이다.2 to 4 are bandgap diagrams illustrating a switching mechanism of a memristor and a mecapacitor multifunction electronic device according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4는 Al 전극/PMMA층/MoS2층/PMMA층/Al전극 구조의 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자를 예로 나타내었다.2 to 4 illustrate an example of a memristor and a mem capacitor multifunctional electronic device having an Al electrode / PMMA layer / MoS 2 layer / PMMA layer / Al electrode structure.
Al 전극/PMMA층/MoS2층/PMMA층/Al전극 구조의 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자는 활성층으로 사용된 MoS2에의 전하 저장에 의해 저항과 정전용량이 변조된다.In the memistor and mem capacitor multifunctional electronic devices of the Al electrode / PMMA layer / MoS 2 layer / PMMA layer / Al electrode structure, resistance and capacitance are modulated by charge storage in MoS 2 used as an active layer.
구체적으로 소자에 음의 전압을 인가할 경우 PMMA/MoS2 계면에서 밴드-밴딩(band-bending) 현상이 일어나게 되고 Al 전극을 통해 주입된 전하가 터널링(tunneling) 현상에 의해 MoS2의 박막으로 이동하고 MoS2의 trap site에 저장된다.Specifically, when a negative voltage is applied to the device, a band-bending phenomenon occurs at the PMMA / MoS 2 interface, and charges injected through the Al electrode move to the thin film of MoS 2 by tunneling. Stored in the MoS 2 trap site.
Vset보다 높은 음의 전압을 인가할 경우(-V < -Vset), MoS2의 모든 trap site에 전하가 저장되었기 때문에 Al 전극을 통해 주입된 전하는 trap-free space-charge limited current(SCLC)원리에 의해 자유롭게 이동할 수 있는 상태가 되어 낮은 저항상태로 변조된다(set). 이 경우, MoS2에 저장된 전하량이 증가하여 전체 소자의 전하의 양이 증가하기 때문에 높은 정전용량 상태로 변조된다.When a negative voltage higher than V set is applied (-V <-V set ), the charge injected through the Al electrode is trap-free space-charge limited current (SCLC) because the charge is stored at all trap sites of MoS 2 . By principle, it is freely movable and modulated to a low resistance state. In this case, since the amount of charge stored in MoS 2 increases and the amount of charge of the entire device increases, it is modulated to a high capacitance state.
이와 반대로 소자에 양의 전압을 인가할 경우 MoS2의 trap site에 저장된 전하들이 방전(detrap)되고, Vreset보다 높은 양의 전압을 인가할 경우(V > Vreset), MoS2는 전하의 trap site로 작동하기 때문에 전류 흐름을 방해하여 높은 저항 상태로 변조된다(reset). 또한 MoS2에 저장된 전하량이 감소하기 때문에 전체 소자의 전하량이 감소하여 낮은 정전용량 상태로 변조된다.In contrast, when a positive voltage is applied to the device, the charges stored at the trap site of MoS 2 are discharged, and when a positive voltage higher than V reset is applied (V> V reset ), MoS 2 is a trap of charge. Because it acts as a site, it interrupts the current flow and resets to a high resistance state. In addition, since the amount of charge stored in MoS 2 is reduced, the amount of charge of the entire device is reduced and modulated to a low capacitance state.
도 2를 참조하면, Al 전극/PMMA층/MoS2층/PMMA층/Al전극 구조의 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 초기상태(Initial state)의 에너지 준위를 나타낸 밴드갭 다이어그램이다.Referring to FIG. 2, a bandgap diagram illustrating an energy state of an initial state of a memristor and a mem- capacitor multifunctional electronic device having an Al electrode / PMMA layer / MoS 2 layer / PMMA layer / Al electrode structure.
도 3을 참조하면, 음의 인가전압(V)의 크기가 Vset 전압의 크기보다 작은 경우, MoS2층의 trap site에 전하가 저장된다. MoS2에 전하가 일부 저장되었기 때문에 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 초기상태보다 저항이 낮고, 정전용량이 증가한다.Referring to FIG. 3, when the magnitude of the negative applied voltage V is smaller than the magnitude of the V set voltage, charge is stored in a trap site of the MoS 2 layer. Since some charge is stored in the MoS 2 , the resistance is lower and the capacitance is increased than the initial state of the memristor and the mem capacitor multifunctional electronic device.
도 4를 참조하면, 음의 인가전압(V)이 점점 증가하여 Vset 전압의 크기보다 큰 경우, MoS2의 모든 trap site에 전하가 저장되었기 때문에 Al 전극을 통해 주입된 전하는 자유롭게 이동할 수 있는 상태가 되어 낮은 저항 상태(low resistance state, LRS) 및 MoS2에 저장된 전하량이 증가하여 높은 정전용량 상태(high capacitance state, HCS)가 된다.Referring to FIG. 4, when the negative applied voltage (V) gradually increases and is greater than the magnitude of the V set voltage, charges injected through the Al electrode may move freely because charges are stored at all trap sites of MoS 2 . Low resistance state (LRS) and the amount of charge stored in the MoS 2 is increased to a high capacitance state (HCS).
반대로, 양의 인가전압의 크기가 Vreset 전압의 크기 이상인 경우, MoS2층에 저장된 전하가 방전(detrap)된다. 따라서, MoS2는 전하의 trap site로 작동하기 때문에 전류 흐름을 방해하여 높은 저항 상태(high resistance state, HRS) 및 MoS2에 저장된 전하량이 감소하기 때문에 낮은 정전용량 상태(low capacitance state, LCS)가 된다.Conversely, when the magnitude of the positive applied voltage is greater than or equal to the V reset voltage, the charge stored in the MoS 2 layer is trapped. Therefore, because MoS 2 acts as a trap site for charge, it interrupts the flow of current, reducing the high resistance state (HRS) and the amount of charge stored in MoS 2 , resulting in a low capacitance state (LCS). do.
본 발명의 다른 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법을 설명한다.It describes a method for manufacturing a memristor and a mem capacitor multifunction electronic device according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법은 제1 모재 상에 활성층 및 유기물을 포함하는 제2 절연층을 차례로 형성하는 단계; 상기 제1 모재를 제거하는 단계; 기판 상에 제1 전극 및 유기물을 포함하는 제1 절연층을 차례로 형성하는 단계; 상기 제1 절연층 상에 상기 활성층이 위치하도록 상기 활성층 및 제2 절연층을 위치시키는 단계; 및 상기 제2 절연층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a memristor and a mem capacitor multifunction electronic device includes sequentially forming a second insulating layer including an active layer and an organic material on a first base material; Removing the first base material; Sequentially forming a first insulating layer including a first electrode and an organic material on the substrate; Positioning the active layer and the second insulating layer so that the active layer is positioned on the first insulating layer; And forming a second electrode on the second insulating layer.
먼저, 제1 모재 상에 활성층 및 유기물을 포함하는 제2 절연층을 차례로 형성할 수 있다.First, a second insulating layer including an active layer and an organic material may be sequentially formed on the first base material.
예를 들어, 이때의 제1 모재는 Si/SiO2 모재 기판일 수 있다. 또한, 이때의 활성층은 초박막 구조일 수 있다.For example, the first base material at this time is Si / SiO 2 It may be a base substrate. In addition, the active layer at this time may have an ultra-thin film structure.
예를 들어, 제1 모재 상에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 통하여 활성층을 성장시킬 수 있다. 그 다음에, 이러한 활성층 상에 절연체인 유기물을 도포하여 제2 절연층을 형성할 수 있다.For example, the active layer may be grown on the first base material through chemical vapor deposition (CVD). Next, an organic material, which is an insulator, may be applied onto the active layer to form a second insulating layer.
그 다음에 제1 모재를 제거한다. 제1 모재는 에칭공정 등 통상의 방법들을 이용하여 제거할 수 있다.Then, the first base material is removed. The first base material can be removed using conventional methods such as an etching process.
한편, 기판 상에 제1 전극 및 유기물을 포함하는 제1 절연층을 차례로 형성할 수 있다.The first insulating layer including the first electrode and the organic material may be sequentially formed on the substrate.
먼저 기판 상에 제1 전극을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극은 스퍼터링법(Sputtering), RF 스퍼터링법, RF 마그네트론 스퍼터링법, 펄스 레이저 증착법(PLD, PulsedLaser Deposition), 화학기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 화학기상증착법(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition) 또는 분자선 에피택시 증착법(MBE, Molecular Beam Epitaxy)을 이용하여 형성할 수 있다. 예컨대, Si/SiO2 기판 상에 스퍼터링법을 이용하여 Al 전극을 형성할 수 있다.First, a first electrode may be formed on a substrate. For example, the first electrode may be sputtering, RF sputtering, RF magnetron sputtering, pulsed laser deposition (PLD), chemical vapor deposition (CVD, chemical vapor deposition), plasma enhanced chemical vapor deposition ( PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (ALP), atomic layer deposition (ALD), or molecular beam epitaxy deposition (MBE, Molecular Beam Epitaxy). For example, an Al electrode can be formed on a Si / SiO 2 substrate by the sputtering method.
그 다음에, 제1 전극 상에 유기물을 도포하여 제1 절연층을 형성할 수 있다. 따라서, 기판 상에 제1 전극 및 제1 절연층이 차례로 적층된 구조를 형성할 수 있다.Next, an organic material may be applied onto the first electrode to form a first insulating layer. Therefore, a structure in which the first electrode and the first insulating layer are sequentially stacked on the substrate can be formed.
그 다음에, 제1 절연층 상에 상기 활성층이 위치하도록 상기 활성층 및 제2 절연층을 전사할 수 있다. 따라서, 기판 상에 제1전극, 제1 절연층, 활성층 및 제2 절연층이 차례로 적층된 구조를 형성할 수 있다.Thereafter, the active layer and the second insulating layer may be transferred so that the active layer is positioned on the first insulating layer. Therefore, a structure in which the first electrode, the first insulating layer, the active layer, and the second insulating layer are sequentially stacked on the substrate may be formed.
본 발명의 일 예로, 일반적으로 2차원 소재의 전사 매개체로 사용하는 PMMA를 소자의 제2 절연층으로 사용하기 때문에 전사 매개체 제거 공정을 생략할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 전사 공정 후 2차원 소재에 잔류하는 전사 매개체에 의한 물성 저하를 배제할 수 있다.As an example of the present invention, since the PMMA, which is generally used as the transfer medium of the two-dimensional material, is used as the second insulating layer of the device, there is an advantage of eliminating the transfer medium removal process. Therefore, the degradation of the physical property by the transfer medium remaining in the two-dimensional material after the transfer process can be excluded.
그 다음에, 상기 제2 절연층 상에 제2 전극을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극은 스퍼터링법, RF 스퍼터링법, RF 마그네트론 스퍼터링법, 펄스 레이저 증착법, 화학기상증착법, 플라즈마 강화 화학기상증착법, 원자층 증착법 또는 분자선 에피택시 증착법을 이용하여 형성할 수 있다. 예컨대, PMMA 절연층 상에 스퍼터링법을 이용하여 Al 전극을 형성할 수 있다.Next, a second electrode may be formed on the second insulating layer. For example, the second electrode may be formed using sputtering, RF sputtering, RF magnetron sputtering, pulsed laser deposition, chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, atomic layer deposition, or molecular beam epitaxy deposition. For example, an Al electrode can be formed on the PMMA insulating layer by the sputtering method.
따라서, 두 개의 전극을 갖는 2채널 소자로서, 멤리스터 및 멤커패시터 기능이 동시가 구현되는 다기능 전자소자를 제조할 수 있다.Therefore, as a two-channel device having two electrodes, it is possible to manufacture a multifunctional electronic device in which a memristor and a mecapacitor function are simultaneously implemented.
제조예 1Preparation Example 1
본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자를 제조하였다.In accordance with an embodiment of the present invention, a memristor and a mechan capacitor multifunction electronic device were manufactured.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 공정 개략도이다.FIG. 5 is a process schematic diagram illustrating a method of manufacturing a memristor and a mecapacitor multifunction electronic device according to an embodiment of the present invention according to process steps.
도 5를 참조하면, Si층 및 상기 Si층 상에 위치하는 SiO2층 구조인 Si/SiO2 모재 상에 화학기상증착법으로 대면적의 단층 MoS2층을 합성하고, 단층 MoS2층 상부에 절연체인 PMMA를 도포하였고, 그 다음에 Si/SiO2 모재를 제거하였다.Referring to FIG. 5, a large area single layer MoS 2 layer is synthesized by chemical vapor deposition on a Si layer and a Si / SiO 2 base material having a SiO 2 layer structure positioned on the Si layer, and an insulator on top of the single layer MoS 2 layer. Phosphorus PMMA was applied and then the Si / SiO 2 base material was removed.
그리고, Si/SiO2 기판에 Al 하부전극을 형성한 후, Al 하부전극 상에 절연체인 PMMA를 도포하였다.After forming the Al bottom electrode on the Si / SiO 2 substrate, PMMA as an insulator was coated on the Al bottom electrode.
그 다음에, Si/SiO2 모재가 제거된 MoS2/PMMA 층의 MoS2층이 상기 기판/Al/PMMA 상에 위치하도록 MoS2/PMMA 층을 상기 기판/Al/PMMA 상부에 전사하여 기판/Al/PMMA/MoS2/PMMA 적층 구조를 형성하였다.And then, Si / SiO 2 base material is removed, the MoS 2 layer of MoS 2 / PMMA layer is transferred to MoS 2 / PMMA layer is positioned on the substrate / Al / PMMA on top of the substrate / Al / PMMA substrate / An Al / PMMA / MoS 2 / PMMA laminate structure was formed.
마지막으로 기판/Al/PMMA/MoS2/PMMA 적층 구조 상에 Al 상부전극을 증착하여 기판/Al 전극/PMMA층/MoS2층/PMMA층/Al 전극 구조의 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자를 제조하였다.Finally, by depositing the Al top electrode on the substrate / Al / PMMA / MoS 2 / PMMA stack structure, the memistor and mem capacitor multifunctional electronic device of the substrate / Al electrode / PMMA layer / MoS 2 layer / PMMA layer / Al electrode structure Prepared.
실험예Experimental Example
제조예 1에 따라 제작된 Al 전극/PMMA층/MoS2층/PMMA층/Al 전극 구조의 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 하부전극을 ground로 유지하고, 상부전극에 전압을 인가하여 저항 및 정전용량 변화를 확인하였다.The lower electrode of the memristor and the mem- capacitor multifunctional electronic device of Al electrode / PMMA layer / MoS 2 layer / PMMA layer / Al electrode structure prepared according to Preparation Example 1 was kept at ground, and a voltage was applied to the upper electrode to provide resistance and The capacitance change was confirmed.
도 6은 제조예 1에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 I-V 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing I-V characteristics of a memristor and a memcapacitor multifunctional electronic device according to Preparation Example 1. FIG.
도 6을 참조하면, 상부전극에 음의 전압을 인가할 경우 -1.8 V에서 전류가 급격하게 증가하는 set 동작이 일어나고, 0 V로 전압을 제거해도 높은 전류상태를 유지하였다. 이와 반대로 양의 전압을 인가할 경우 0.8 V에서 전류가 급격히 낮아지는 reset 동작이 일어나고, 0 V로 전압을 제거해도 낮은 전류상태를 유지하였다.Referring to FIG. 6, when a negative voltage is applied to the upper electrode, a set operation occurs in which a current rapidly increases at −1.8 V, and a high current state is maintained even when the voltage is removed to 0 V. Referring to FIG. On the contrary, when positive voltage is applied, the reset operation occurs rapidly. At 0.8 V, the current remains low even when the voltage is removed to 0 V.
따라서, 전압에 의해 저항 상태가 변조되고, 전압을 제거해도 저항상태를 유지하는 멤리스터 거동을 확인하였다. 소자의 저항 변조비는 106 이상, 작동전압은 ±1.8 V로 우수한 멤리스터 동작 특성을 확인하였다.Therefore, the resistance state is modulated by the voltage, and the memristor behavior which maintains the resistance state even if the voltage is removed was confirmed. The resistive modulation ratio of the device was more than 10 6 and the operating voltage was ± 1.8 V.
도 7은 제조예 1에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 C-V 특성을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the C-V characteristics of the multi-functional electronic device memristor and memcapacitor according to Preparation Example 1.
도 7을 참조하면, 전압에 의해 정전용량 변화를 확인한 결과 저항 변화와 유사한 거동을 확인할 수 있었다. 음의 전압을 인가할 경우 약 -1.5 V에서 정전용량이 급격하게 증가하고, 0 V로 전압을 제거해도 높은 정전용량 상태를 유지하였다. 이와 반대로 양의 전압을 인가할 경우 1.2 V에서 정전용량이 급격히 낮아지고, 0 V로 전압을 제거해도 낮은 정전용량 상태를 유지하였다.Referring to FIG. 7, as a result of confirming the change in capacitance by voltage, a behavior similar to the change in resistance was confirmed. When a negative voltage is applied, the capacitance rapidly increases at about -1.5 V and maintains a high capacitance even when the voltage is removed to 0 V. On the contrary, when a positive voltage is applied, the capacitance is drastically lowered at 1.2 V. Even when the voltage is removed at 0 V, the capacitance remains low.
전압에 의해 정전용량이 변조되고, 전압을 제거해도 정전용량 값을 유지하는 멤커패시터 거동을 확인하였다. 소자는 안정한 2개의 정전용량을 나타내고, 104 이상의 높은 정전용량비를 나타내므로 우수한 멤커패시터 동작 특성을 확인할 수 있었다.The capacitance was modulated by the voltage, and the behavior of the capacitors that retained the capacitance value even when the voltage was removed was confirmed. The device exhibited two stable capacitances and a high capacitance ratio of 10 4 or more, thus confirming the excellent mesocapacitor operating characteristics.
도 8 및 도 9는 제조예 1에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 멤리스터로의 소자 안정성을 측정한 그래프들이다.8 and 9 are graphs measuring the stability of the device to the memristor of the memristor and the mem capacitor multifunctional electronic device according to Preparation Example 1.
도 8을 참조하면, 저항 변조의 반복 동작에 대한 안정도(Sweep endurance)를 평가한 결과 반복 동작에도 안정한 스위칭 동작을 수행하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, as a result of evaluating the sweep endurance for the repetitive operation of the resistance modulation, it can be seen that the stable switching operation is performed even for the repetitive operation.
도 9를 참조하면, 저항에 대한 Retention time을 평가한 결과 10000 sec유지한 후에도 낮은 저항(OFF state) 및 높은 저항 상태(On state)를 계속 유지함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, as a result of evaluating the retention time for the resistance, it can be seen that the low resistance (OFF state) and the high resistance state (On state) are maintained even after 10000 sec.
도 10 및 도 11은 제조예 1에 따른 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자의 멤커패시터로의 소자 안정성을 측정한 그래프들이다.10 and 11 are graphs measuring device stability of memristors and memcapacitor multifunctional electronic devices according to Preparation Example 1 to memcapacitors.
도 10을 참조하면, 정전용량 변조의 반복 동작에 대한 안정도(Sweep endurance)를 평가한 결과 반복 동작에도 안정한 스위칭 동작을 수행하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, as a result of evaluating the sweep endurance for the repetitive operation of the capacitive modulation, it can be seen that the stable switching operation is performed even for the repetitive operation.
도 11을 참조하면, 정전용량에 대한Retention time을 평가한 결과 10000 sec유지한 후에도 낮은 정전용량(LCS) 및 높은 정전용량 상태(HCS)를 계속 유지함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, as a result of evaluating the retention time for the capacitance, it can be seen that the low capacitance LCS and the high capacitance state HCS are maintained even after 10000 sec.
본 발명에 따르면, 하나의 단일소재로 멤리스터와 멤커패시터 동작이 같이 구현될 수 있는 바, 전자회로를 구성하는 저항, 커패시터를 하나의 물질로 대체할 수 있다. 즉, 다양한 저항과 정전용량 값이 필요한 구성요소를 하나의 물질로 대체할 수 있다. 따라서 전자회로를 구성하는 공정이 간단해져 공정 비용을 낮출 수 있다.According to the present invention, the operation of the memristor and the mecapacitor may be implemented with one single material, and the resistor and the capacitor constituting the electronic circuit may be replaced with one material. That is, a single material can be replaced with components requiring various resistance and capacitance values. Therefore, the process of configuring the electronic circuit can be simplified and the process cost can be lowered.
또한, 멤리스터와 멤커패시터는 저항 및 정전용량 값이 안정적으로 이중 변조가 가능하기 때문에 연산과 메모리 소자를 하나의 소자로 구현할 수 있다. 따라서, 단위면적당 정보 처리량을 효율적으로 증가시킬 수 있고 연산 속도와 소모전력을 획기적으로 저감할 수 있다.In addition, since the memristor and the membcapacitor can stably double-modulate the resistance and capacitance values, the operation and memory devices can be realized as one device. Therefore, information throughput per unit area can be efficiently increased, and computational speed and power consumption can be significantly reduced.
나아가, 뉴로모픽 및 멤컴퓨팅 시스템에 동시에 활용 가능하며, 다치로직 소자에도 적용할 수 있으므로 차세대 반도체 소자의 대부분 분야에 걸쳐 응용분야를 도출할 수 있을 것이다.Furthermore, it can be used simultaneously in neuromorphic and memcomputing systems, and can be applied to multi-valued logic devices, which will lead to application fields for most fields of next-generation semiconductor devices.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is represented by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention.
100: 기판 200: 제1 전극
300: 제1 절연층 400: 활성층
500: 제2 절연층 600: 제2 전극100
300: first insulating layer 400: active layer
500: second insulating layer 600: second electrode
Claims (15)
상기 기판 상에 위치하는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 위치하되, 유기물을 포함하는 제1 절연층;
상기 제1 절연층 상에 위치하는 활성층;
상기 활성층 상에 위치하되, 유기물을 포함하는 제2 절연층; 및
상기 제2 절연층 상에 위치하는 제2 전극을 포함하고,
상기 활성층은 인가 전압에 따라 저항 및 정전용량이 변화하는 것을 특징으로 하고,
전압에 의해 저항 상태가 변조되고 전압을 제거해도 저항 상태를 유지하는 멤리스터 거동을 갖고,
전압에 의해 정전용량이 변조되고 전압을 제거해도 정전용량 값을 유지하는 멤커패시터 거동을 갖고,
상기 활성층은 그래핀, 금속산화물, 금속질화물, 금속황화물, 금속셀렌화물 또는 금속텔루르화물을 포함하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자.Board;
A first electrode on the substrate;
A first insulating layer disposed on the first electrode and including an organic material;
An active layer on the first insulating layer;
A second insulating layer disposed on the active layer and including an organic material; And
A second electrode on the second insulating layer;
The active layer is characterized in that the resistance and capacitance change according to the applied voltage,
The resistance state is modulated by the voltage and has a memristor behavior that maintains the resistance state even when the voltage is removed,
The capacitance is modulated by the voltage and has a mesocapacitor behavior that maintains the capacitance value even when the voltage is removed,
The active layer is a memristor and a mem capacitor multifunctional electronic device comprising graphene, metal oxides, metal nitrides, metal sulfides, metal selenide or metal telluride.
상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은 각각 독립적으로 PMMA 또는 PVA 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자.The method of claim 1,
The first insulation layer and the second insulation layer each independently characterized in that the PMMA or PVA material, characterized in that the memistor and the memcapacitor multifunction electronic device.
상기 활성층은 초박막 구조인 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자.The method of claim 1,
The active layer has an ultra-thin structure of the memristor and the mem capacitor multifunctional electronic device.
상기 그래핀은 단층 그래핀, 이층 그래핀, 다층 그래핀 또는 도핑된 그래핀을 포함하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자.The method of claim 1,
The graphene is a single layer graphene, two layer graphene, multi-layer graphene or dome graphene containing a doped graphene multifunction electronic device.
상기 금속산화물은 CaO, CdO, Co3O4, CoO2, CuO2, MoO3, WO3, Ga2O3, MnO2, ZnO, RuO2, TiO2, SnO2, Nb2O5, NiO, CrO2, Fe3O4, ZrO2, HfO2 또는 V2O5을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자.The method of claim 1,
The metal oxide is CaO, CdO, Co 3 O 4 , CoO 2 , CuO 2 , MoO 3 , WO 3 , Ga 2 O 3 , MnO 2 , ZnO, RuO 2 , TiO 2 , SnO 2 , Nb 2 O 5 , NiO , CrO 2 , Fe 3 O 4 , ZrO 2 , HfO 2 or V 2 O 5 , characterized in that a memristor and a mem capacitor multifunctional electronic device.
상기 금속질화물은 Ti2N, Ti3N2, Ti4N3, Zr2N, V2N 또는 Cr2N을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자.The method of claim 1,
The metal nitride is a Ti 2 N, Ti 3 N 2 , Ti 4 N 3 , Zr 2 N, V 2 N or Cr 2 N, characterized in that the memistor and memcapacitor multifunctional electronic device.
상기 금속황화물은 MoS2, MoS2, WS2, ReS2, NbS2, ZrS2, TiS2, HfS2 또는 VS2을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자.The method of claim 1,
The metal sulfide is MoS 2 , MoS 2 , WS 2 , ReS 2 , NbS 2 , ZrS 2 , TiS 2 , HfS 2 or VS 2 , characterized in that the memistor and memcapacitor multifunctional electronic device.
상기 금속셀렌화물은 MoSe2, WSe2, ReSe2, NbSe2, ZrSe2, TiSe2, HfSe2 또는 VSe2을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자.The method of claim 1,
The metal selenide is a multi-functional electronic device, characterized in that the MoSe 2 , WSe 2 , ReSe 2 , NbSe 2 , ZrSe 2 , TiSe 2 , HfSe 2 or VSe 2 .
상기 금속텔루르화물은 MoTe2, WTe2, ReTe2, NbTe2, ZrTe2, TiTe2, HfTe2 또는 VTe2을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자.The method of claim 1,
The metal telluride, MoTe 2 , WTe 2 , ReTe 2 , NbTe 2 , ZrTe 2 , TiTe 2 , HfTe 2 or VTe 2 , characterized in that the memristor and memcapacitor multifunctional electronic device.
상기 제1 모재를 제거하는 단계;
기판 상에 제1 전극 및 유기물을 포함하는 제1 절연층을 차례로 형성하는 단계;
상기 제1 절연층 상에 상기 활성층이 위치하도록 상기 활성층 및 제2 절연층을 전사하는 단계; 및
상기 제2 절연층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 활성층은 인가 전압에 따라 저항 및 정전용량이 변화하는 것을 특징으로 하고,
전압에 의해 저항 상태가 변조되고 전압을 제거해도 저항 상태를 유지하는 멤리스터 거동을 갖고,
전압에 의해 정전용량이 변조되고 전압을 제거해도 정전용량 값을 유지하는 멤커패시터 거동을 갖고,
상기 활성층은 그래핀, 금속산화물, 금속질화물, 금속황화물, 금속셀렌화물 또는 금속텔루르화물을 포함하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법.Sequentially forming a second insulating layer including an active layer and an organic material on the first base material;
Removing the first base material;
Sequentially forming a first insulating layer including a first electrode and an organic material on the substrate;
Transferring the active layer and the second insulating layer such that the active layer is positioned on the first insulating layer; And
Forming a second electrode on the second insulating layer;
The active layer is characterized in that the resistance and capacitance change according to the applied voltage,
The resistance state is modulated by the voltage and has a memristor behavior that maintains the resistance state even when the voltage is removed,
The capacitance is modulated by the voltage and has a mesocapacitor behavior that maintains the capacitance value even when the voltage is removed,
The active layer is a method for producing a memristor and a mem capacitor multifunctional electronic device comprising a graphene, metal oxide, metal nitride, metal sulfide, metal selenide or metal telluride.
상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은 각각 독립적으로 PMMA 또는 PVA 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법.The method of claim 11,
The first insulation layer and the second insulation layer are each independently a method of manufacturing a memristor and a memcapacitor multifunctional electronic device comprising a PMMA or PVA material.
상기 활성층은 2차원 소재 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법.The method of claim 11,
The active layer is a method for manufacturing a memristor and a mem capacitor multifunctional electronic device comprising a two-dimensional material material.
상기 활성층은 초박막 구조인 것을 특징으로 하는 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 제조방법.The method of claim 11,
The active layer has an ultra-thin structure of the memristor and memcapacitor multifunctional electronic device manufacturing method characterized in that.
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