Investigation of Time–Dependent Resistive Switching Behaviors of Unipolar Nonvolatile Organic Memory Devices

유기저항변화 메모리는 유기물이 가지는 유연성, 저렴한 공정 가능성 등의 유용한 특성 때문에 활발히 연구가 진행되고 있다. 하지만 활발한 연구에도 불구하고 메모리가 작동하는 원리에 대해서는 아직 확실하게 밝혀지지 않았다. 본 논문에서는 유기저항변화 메모리소자의 작동원리를 탐구하기 위해 메모리 소자에 전기적 스트레스를 가해서 시간에 따라 전류 특성이 어떻게 나타나는 지 분석하였다. 전압이 가해지면 상부 전극과 하부 전극을 연결하는 전도성 통로가 확률적으로 형성되면서 메모리 소자가 높은 저항상태에서 낮은 저항 상태로 변하게 된다. 이를 통계적 분석하여서 전압이 전도성 통로의 모양과 생성 확률에 어떠한 영향을 끼치는 지 알아냈으며 메모리 소자가 켜질 확률을 계산하여 메모리 소자를 적절하게 구동할 수 있도록 하는 가이드라인을 제시하였다. 또한 이를 확장하여 비슷한 작동 특성을 보이는 다른 메모리 소자에서도 같은 분석방법을 적용할 수 있다는 것을 밝혔고, 메모리 소자의 켜짐 과정의 확률적 성질이 동일하게 나타나는 것을 확인하였다. 이 연구는 메모리 소자의 작동원리에 대한 이해도를 높임으로써 향후 메모리 소자의 전기적 안정성을 향상시키는 연구에 밑거름이 될 것이다.

Abstract: Organic resistive memory devices are one of the promising next-generation data storage technologies which can potentially enable low-cost printable and flexible memory devices. Despite a substantial development of the field, the mechanism of the resistive switching phenomenon in organic resistive memory devices has not been clearly understood. Here, the time–dependent current behavior of unipolar organic resistive memory devices under a constant voltage stress to investigate the turn-on process is studied. The turn-on process is discovered to occur probabilistically through a series of abrupt increases in the current, each of which can be associated with new conducting paths formation. The measured turn-on time values can be collectively described with the Weibull distribution which reveals the properties of the percolated conducting paths. Both the shape of the network and the current path formation rate are significantly affected by the stress voltage. A general probabilistic nature of the percolated conducting path formation during the turn-on process is demonstrated among unipolar memory devices made of various materials. The results of this study are also highly relevant for practical operations of the resistive memory devices since the guidelines for time-widths and magnitudes of voltage pulses required for writing and reading operation can be potentially set.

Authors: Woocheol Lee, Youngrok Kim, Younggul Song, Kyungjune Cho, Daekyoung Yoo, Heebeom Ahn, Keehoon Kang,* and Takhee Lee*

Advanced Functional Materials
Publication Date (Web): 12 July 2018
DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.201801162

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201801162