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헤모글로빈 기반 저항 스위칭 소자에 있어서,하부전극;상기 하부전극 상부에 산소의 이동과 농도에 따라 상기 산소(O)와 결합되거나 해리되면서 스위칭 동작을 수행하는 철(Fe)을 포함하는 상기 헤모글로빈이 증착되어 형성된 박막층; 및상기 박막층 상부에 형성된 상부전극;을 포함하며,상기 박막층은,상기 하부전극 상부에 상기 헤모글로빈이 저농도로 증착되어 형성된 제1 박막층;상기 제1 박막층 상부에 상기 헤모글로빈이 상기 제1 박막층을 구성하는 헤모글로빈의 농도보다 고농도로 증착되어 형성된 제2 박막층; 및상기 제2 박막층 상부에 상기 헤모글로빈이 상기 제2 박막층을 구성하는 헤모글로빈의 농도보다 저농도로 증착되어 형성된 제3 박막층;을 포함하고,상기 상부전극은 상기 제3 박막층 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 저항 스위칭 소자
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제1항에 있어서,상기 제1 내지 제3 박막층은 상기 상부전극에 전압이 인가될 때 상기 상부전극과 상기 하부전극을 전기적으로 연결하는 전도 경로(conducting path)인 필라멘트(filament)가 형성되도록 포밍되고,상기 상부 전극에 상기 필라멘트가 형성된 상기 제1 내지 제3 박막층의 상태를 저저항 상태(Low resistance state, LRS)에서 고저항 상태(High resistance state, HRS)로 스위칭하는 리셋 과정을 발생시키는 리셋 전압이 인가될 때, 상기 리셋 과정 중 상기 형성된 필라멘트의 일부가 끊어지는 현상인 럽쳐(rupture)가 상기 제2 박막층에서만 발생하는 것을 특징으로 하는 저항 스위칭 소자
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제3항에 있어서,상기 필라멘트는 상기 산소(O)가 비어있는 제1 필라멘트 및 상기 산소(O)가 포함된 제2 필라멘트를 포함하고,상기 제3 박막층에는 상기 제2 필라멘트가 형성되고,상기 제2 박막층에는 상기 제3 박막층에 형성된 제2 필라멘트가 연장되어 형성되며, 상기 연장되어 형성된 제2 필라멘트에 포함된 산소(O)가 상기 제2 박막층을 구성하는 상기 고농도의 헤모글로빈과 결합하여 상기 제1 필라멘트도 함께 형성되어 상기 형성된 제1 필라멘트 및 상기 제2 필라멘트가 상기 제2 박막층에서 연결되고,상기 제1 박막층에는 상기 제2 박막층에서 형성된 제1 필라멘트가 연장되어 형성되며,상기 리셋 과정에서 상기 제1 필라멘트와 상기 제2 필라멘트가 끊어지는 현상인 상기 럽쳐가 상기 제2 박막층에서만 발생하는 것을 특징으로 하는 저항 스위칭 소자
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제1항에 있어서,상기 헤모글로빈은 한 분자에 상기 산소(O) 4개를 결합할 수 있고,상기 저항 스위칭 소자의 동작은 상기 상부전극에 전압이 인가되면 상기 인가되는 전압에 따라 논리 '0', 논리 '1', 논리 '2'및 논리 '3'에 해당하는 4차 로직(quaternary logic)으로 전압을 출력하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 저항 스위칭 소자
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제1항에 있어서,상기 하부전극 상부에 증착시키는 상기 헤모글로빈의 용액의 농도는 기 설정된 기준치 이상인 것을 특징으로 하는 저항 스위칭 소자
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제1항에 있어서,상기 하부전극 및 상기 상부전극 각각은 금, 은, 구리, 철, 아연, 알루미늄, 실리콘, 티탄, 티탄 나이트라이드, 티탄 알루미늄 나이트라이드, 탄탈, 탄탈 나이트라이드, 몰리브덴, 텅스텐, 텅스텐 나이트라이드, 이리듐, 백금, 납, 루테늄, 지르코늄, 로듐, 니켈, 코발트, 크롬, 주석, 아연, 인듐-주석-산화막 또는 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 저항 스위칭 소자
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헤모글로빈 기반 저항 스위칭 소자의 제조방법에 있어서,하부전극 상부에 산소의 이동과 농도에 따라 상기 산소(O)와 결합되거나 해리되면서 스위칭 동작을 수행하는 철(Fe)을 포함하는 상기 헤모글로빈을 저농도로 증착시켜 제1 박막층을 형성하는 단계;상기 제1 박막층 상부에 상기 헤모글로빈을 상기 제1 박막층을 구성하는 상기 저농도의 헤모글로빈의 농도보다 높은 농도인 고농도로 증착시켜 제2 박막층을 형성하는 단계;상기 제2 박막층 상부에 상기 헤모글로빈을 상기 제2 박막층을 구성하는 상기 고농도의 헤모글로빈 농도보다 낮은 농도로 증착시켜 제3 박막층을 형성하는 단계; 및상기 제3 박막층 상부에 상부전극을 형성하는 단계;를 포함하는 저항 스위칭 소자 제조방법
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제8항에 있어서,상기 제1 내지 제3 박막층은 상기 상부전극에 전압이 인가될 때 상기 산소(O)의 전도 경로(conducting path)인 필라멘트(filament)가 형성되도록 포밍되고,상기 상부 전극에 상기 필라멘트가 형성된 상기 제1 내지 제3 박막층의 상태를 저저항 상태(Low resistance state, LRS)에서 고저항 상태(High resistance state, HRS)로 스위칭하는 리셋 과정을 발생시키는 리셋 전압이 인가될 때, 상기 리셋 과정 중 상기 형성된 필라멘트의 일부가 끊어지는 현상인 럽쳐(rupture)가 상기 제2 박막층에서만 발생하는 것을 특징으로 하는 저항 스위칭 소자 제조방법
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