Nanoscale resistive switching phenomena of Nb:SrTiO3 and MoS2/Nb:SrTiO3

Abstract

Resistive switching phenomenon is a key factor in an application of reRAM (resistive random-access memory), which is expected as a next generation memory device. Two dimension (2D) materials and its heterojunction are also intensively studied in memory device in these days. However, to elucidate the mechanism of resistive switching behavior of each materials and to improve device performance, study on intrinsic properties of materials also should be conducted. Thus, in this study, we prepared etched Nb:STO substrate and fabricated MoS2/Nb:STO heterojunction. Surface electrical properties of Nb:STO were investigated by conductive atomic force microscopy (c-AFM) and Kelvin probe force microscopy (KPFM). Hysteretic I-V characteristics and current distribution shows resistive switching behavior. Then, MoS2/Nb:STO heterostructure was also investigated by c-AFM. Resistive switching properties were also appeared in MoS2 region with layer thickness dependent property. Charge separation in MoS2 layer was responsible for those phenomenon. Thus, by tuning the layer number of MoS2, hysteresis and switching voltage can be controlled in MoS2/Nb:STO heterostructure. ;저항 스위칭 현상은 차세대 메모리 소자로 각광받고 있는 저항 메모리 소자에서 핵심적인 역할을 한다. 이에 저차원 물질 자체, 또는 유전체 물질과의 이중 접합구조의 메모리 소자로의 응용 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 소자 응용에 앞서 각 물질의 다양한 스위칭 현상 메커니즘을 규명하고, 소자의 성능을 높이기 위하여 물질의 고유한 물리적 특성 연구가 선행되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 Nb:STO 기판을 식각하여 테라스 구조를 만들고, MoS2를 접합시킨 뒤 주사탐침현미경으로 이들의 전기적 특성을 관찰하였다. Nb:STO의 저항 스위칭 현상을 전류 분포 도표와 전압-전류 특성에서 확인할 수 있었고, 테라스의 경계 부분에서 밴드가 아래쪽으로 휘어져 전류가 강하게 흐르는 것을 확인하였다. MoS2/Nb:STO 이중 접합 구조에서도 마찬가지로 주사탐침현미경으로 전기적 특성을 관찰하였고, 실험은 글로브 박스에서 진행되었다. MoS2 영역에서 두께에 따라 서로 다른 양상의 저항 스위칭 현상이 관찰되었고 이는 외부에 인가된 전압에 의하여 MoS2 층 내에서 이동한 전하(charge separation)와 밴드 다이어그램을 통하여 이해할 수 있었다. 결론적으로, MoS2의 두께 조절을 통하여 전류 이력 곡선과 스위칭 전압을 바꿀 수 있었다.