RRAM에 대하여 - 2 특성 (1) DC sweep

RRAM을 측정하는 방법은 기본적으로 DC sweep과 PD test가 있습니다.

- 측정 방법

이전 글에서 RRAM은 MIM의 간단한 구조로 되어있다고 설명드렸습니다. 물론 RRAM 소자를 회로로 구현하기 위해서는 crossbar array라는 구조로 만들어야 하지만, 단일 소자의 특성을 파악하기 위해서 위와 같은 간단한 구조로 소자를 만들어도 됩니다. 적정한 크기로 자른 (1cm x 1cm) Bare wafer위에 BE(Bottom Electrode)와 oxide를 깔고, 그 위에 TE(Top Electrode)를 패터닝하여 증착하면 끝입니다.

 

Oxide-based RRAM 기본 구조

 

측정을 하기 위해서는 Probe contact을 해야겠죠?? TE은 바로 contact 하면 되고 BE는 전체적으로 증착되어 있는 Oxide를 Diamond cutter로 긁어서 BE가 드러나게 하고 indium ball을 붙여서 contact pad를 만들고 probe tip을 contact 하는 방식으로 측정을 진행합니다.

 

- DC sweep

나중에 따로 설명할 수도 있지만 소자 측정은 제가 만든 프로그램을 사용했습니다. 저희 연구실은 Labview라는 프로그램을 사용했는데요, 이 프로그램으로 keithley 236이라는 Keithley사의 SMU(Source Measure Unit)을 컨트롤하여 DC sweep 측정을 진행했습니다.

 

소자 측정 프로그램 (좌) 컨트롤 패널 (우) 결과

 

전압을 source로, 전류를 result로 설정하면 소자의 I-V curve를 얻을 수 있습니다.

 

RRAM DC sweep result (좌) Forming process (우) Set/Reset process

 

Forming process

소자를 작동시키기 위해서는 Forming을 시켜줘야 합니다. Forming 전에는 소자의 저항이 굉장히 높기 때문에 전류가 거의 흐르지 않고, Forming V(Forming voltage)도 굉장히 높습니다. Forming 후에 reset을 거친 뒤 Set/Reset 측정을 합니다.

 

Set/Reset process

Set/Reset process에서 + voltage sweep이 Set process이고, - voltage sweep이 Reset process입니다.

Set process 중 저항이 갑자기 감소하는 부분이 있는데요, 이때의 전압을 Set V라고 합니다. 이때부터 소자 내부에 filament가 형성되어 소자가 HRS에서 LRS로 바뀌게 됩니다.

Reset process 중 저항이 증가하기 시작하는 부분이 있는데요, 이때의 전압을 Reset V라고 합니다. 이때부터 소자 내부의 filament가 끊어져서 LRS에서 HRS로 바뀌게 됩니다.

 

DC sweep을 통해 Set/Reset V의 값을 알면 다음 test인 Pulse test에서 사용할 Pulse의 조건을 설정할 수 있게 됩니다.