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FeRAM
Ferroelectric Random Access Memory
1. FeRAM 의 필요성
지속적인 DRAM scaling 에 따른 소자의 성능 및 공정 향상의 한계로 인해 이를 대체할 새로운 메모리에 대한 개발의 필요성이 계속 요구되고 있다. 개발이 진행중인 대표적인 NVM으로 PcRAM, ReRAM, STT-MRAM은 성능 및 cost 측면에서 기존의 DRAM을 대체하기엔 부족하며 특히, 성능 면에서 DRAM 과 유사한 STT-MRAM도 current sensing 을 해야 하는 cell의 architecture상 DRAM의 density를 따라가기 어렵고, 또한 scaling 에 따른 MTJ재료개발의 난제로 DRAM을 대체하기엔 시기적으로도 어렵다고 판단되고 있다.
이런 가운데, 최근 high-k gate dielectric 재료 및 capacitor 재료로 널리 사용되는 HfO2의 강유전 특성에 대한 연구결과가 발표되면서, 과거 강유전 재료로 사용되던 PZT나 SBT 에서 문제였던 두께에 대한 scaling 이 가능하게 되어, 1T 또는 1T-1C의 FeRAM 소자의 구
현 가능성이 높아졌다. 이중에서도, ferroelectric-HfO2의 1T 소자는 하나의 transistor로 정보를 저장하는 메모리로 구현 할 수 있기 때문에, 기존 DRAM scaling 의 가장 큰 난제 중의 하나인 capacitor를 생략할 수 있어서 공정 단순화에 따른 Cost 감소, 빠른 속도 등을 얻을 수 있다. 또한 연구되는 NVM들은 current-driven 인 반면, field-driven 메모리 소자이기 때문에 소비전력 면에서도 장점을 가질 수 있다. HfO2 기반의 강유전체 특성은 dopant, interface/ grain boundary/surface stress 의 영향으로 안정상인 monoclinic, tetragonal phase 대신 비대칭구조인 orthorhombic phase를 형성 하면서 나타나게 된다.
현 가능성이 높아졌다. 이중에서도, ferroelectric-HfO2의 1T 소자는 하나의 transistor로 정보를 저장하는 메모리로 구현 할 수 있기 때문에, 기존 DRAM scaling 의 가장 큰 난제 중의 하나인 capacitor를 생략할 수 있어서 공정 단순화에 따른 Cost 감소, 빠른 속도 등을 얻을 수 있다. 또한 연구되는 NVM들은 current-driven 인 반면, field-driven 메모리 소자이기 때문에 소비전력 면에서도 장점을 가질 수 있다. HfO2 기반의 강유전체 특성은 dopant, interface/ grain boundary/surface stress 의 영향으로 안정상인 monoclinic, tetragonal phase 대신 비대칭구조인 orthorhombic phase를 형성 하면서 나타나게 된다.
2. Ferroelectric 물질 연구
우리 연구실에서는 ALD를 이용해 HfO2 박막에 이종 valence를 갖는 물질을 도핑하여, 해당 물질들의 ferroelectric 특성 및 endurance에 대한 연구가 진행 중이다. 이를 통해 dopant에 따른 orthorhombic phase형성의 변화를 연구하고, reliability 특성을 확인하여 추후 ferroelectric material 적용을 통한 메모리 연구를 진행 할 예정이다.
< Dopant (Si, Ge, Ga) 에 따른 ferroelectric 특성>
< Dopant (Ge, Ga) 에 따른 Endurance 특성>
