High-Performance Solution-Processed Organo-Halide Perovskite Unipolar Resistive Memory Devices in a Cross-Bar Array Structure

저항 변화 메모리(Resistive Random Access Memory)는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 높은 endurance와 플래시 메모리의 긴 retention time의 장점들을 결합한 차세대 메모리 기술로 주목받고 있다. 최근에는 organo-halide perovskite 물질을 기반으로 한 저항 변화 메모리 소자가 다양하게 연구되고 있는데, 저전압 동작 및 높은 ON/OFF ratio와 같은 뛰어난 메모리 특성을 나타내며 이는 소자의 저전력 구동을 가능하게 한다. 본 연구에서는 non-halide lead precursor를 이용해 간단한 단일과정 용액공정으로 고품질의 perovskite 박막을 제작하였으며, 이를 바탕으로 메모리의 집적도를 향상시킬 수 있는 cross-bar array 아키텍처를 perovskite 메모리에서 구현했으며 수율 역시 최대 94%로 우수했다. 제작한 perovskite 저항 변화 메모리는 단극성(unipolar)의 특성을 보였고 동작 전압이 비교적 낮고, endurance와 retention time 또한 좋은 특성을 보였다. 특히 측정된 ON/OFF ratio의 최고값이10⁸ 으로 기존 저항변화 메모리 중 최고 수준이었다. 본 연구에서 제안된 용액공정을 기반으로 한 고 수율 메모리 소자 제작방식은 향후 저비용 고집적도의 perovskite 메모리 소자 연구에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

Resistive random access memories can potentially open a niche area in memory technology applications by combining the advantages of a long endurance of dynamic random-access memory and a long retention time of flash memories. Recently, resistive memory devices based on organo-halide perovskite materials have demonstrated outstanding memory properties, such as a low-voltage operation and a high ON/OFF ratio; such properties are essential requirements for low-power consumption in developing practical memory devices. In this study, we employed a non-halide lead source to deposit perovskite films via a simple single-step spin-coating for fabricating unipolar resistive memory devices in a cross-bar array architecture. Our unipolar perovskite memory devices achieved a high ON/OFF ratio up to 108 with a relatively low operation voltage, a large endurance, and long retention times. A high-yield device fabrication based on solution-process demonstrated here will be a step towards achieving low-cost and high-density practical perovskite memory devices.

Authors : Keehoon Kang^†*, Heebeom Ahn^†, Younggul Song, Woocheol Lee, Junwoo Kim, Youngrok Kim, Daekyoung Yoo and Takhee Lee*

DOI: 10.1002/adma.201804841

Published online: April 01, 2019

Link: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201804841