B. 칼코게나이드 화합물
3. 스위칭 특성
이색성이란 매질 내 결합력에 의해 전자기파에 대응하는 전자의 진동에 따 라 광 흡수의 이방성이 나타나는 것을 의미한다. 이러한 이색성은 식 (14)를 통해 구할 수 있다.
║ ⊥
║ ⊥
⊥ ║ (14) 여기서, I∥과 I⊥는 측정광의 투과도 세기를 말하며 아래첨자는 측정광의 편광상태를 의미한다. 여기서, ∥는 수평 편광 상태를 ⊥는 수직 편광 상태를 의미한다. 또한 α⊥, α∥는 측정광의 수직 및 수평 편광상태에 대한 물질의 흡 수계수를 뜻하며 h는 시료의 두께이다.
광유도 복굴절(Δn)은 위상차이(phase difference) 공식인 Δϕ=2πΔnd/λ의 관 계식을 이용해 식 (15)를 구하고, 식 (15)를 이용해 유도한 식 (16)을 통해 구 할 수 있다.
⊥ sin
∆ (15)
∆
× arcsin
⊥
(16)
여기서, I0와 I⊥은 각각 샘플과 검광자(analyzer)를 투과한 광이 측정광의 선평 편광 방향과 수평, 수직하게 투과된 빛의 세기를 말하며, d는 박막의 두 께, λ는 측정광의 파장이다.
Fig. 5. I-V properties of chalcogenide compounds
그림 5에 나타난 것과 같이 칼코게나이드 화합물의 I-V 특성은 고 저항 영 역, 부성저항 영역, 저저항 영역, 유지전류 영역으로 나눌 수 있다. 전기가 가 해지지 않은 경우의 비정질 반도체는 식 (17)과 같이 나타낼 수 있다.
exp
(17)
여기서 σ는 전기전도도를 나타내며, T는 온도를 의미한다. σ0는 초기상태의 전도도를 의미하며 약 103 [mho·cm-1]정도의 값을 가진다. 또한 Eα는 활성화 에너지를 말하며 0.5 [eV] 정도이다.
a. 고저항 영역(off-set)
고저항 영역에서는 보이는 바와 같이 선형 혹은 오믹 I-V 특성이 낮은 전 계에서 관측됨을 알 수 있다. 이 영역에서는 특히 전류 전도가 트랩 제어 초 핑공정(trap-controlled hopping process)과 정공유사 폴라존의 광자보조 초핑 공정(photon-assisted hopping process of hole-like polarons) 기구에 의해 제 한되기 때문에 높은 전기적 비저항을 나타낸다.
b. 부성저항 영역
부성저항 영역에서와 같이 문턱전압(Vth) 이상의 전압이 인가된 후 전류는 급격하게 증가하는 반면 전압은 급격하게 감소한다[15]. 이 같은 천이를 전기 적 스위칭이 발생했다고 한다. 이러한 현상은 일반적으로 전기적, 열적 영향 에 기인하는 것으로 보고되고 있다.
c. 저저항 영역(on-set)
저 저항영역에서와 같이 전기 스위칭이 일어날 후 전기 저항은 매우 낮게 떨어지는데 일반적으로 103~104배 정도 낮은 값으로 떨어지게 된다. 이 저항 비는 칼코게나이드 물질의 두께 및 조성을 통해 바뀔 수 있다.
d. 유지전류(Ih) 이하의 영역
저저항 상태에서 전류인가가 Ih 이하로 떨어지게 될 때 I-V 특성은 칼코게 나이드 물질의 종류나 조성에 따라 두 종류의 전기적 특성을 가지게 된다.
첫 번째 특성은 재료의 상태가 저저항 상태에서 다시 고저항 상태로 변화하 는 것이고, 두 번째 특성은 저저항 상태가 계속 유지되는 것이다. 첫 번째의 경우에는 임계값 스위칭이라 하며, 두 번째의 경우는 메모리 스위칭이라 불 린다. 특히 메모리 스위칭에서는 비정질-결정질 또는 결정질-비정질 상태의 상변화를 수반하게 된다. 전기 전도 경로에서 발생한 줄열(joule heating)을 통해 결정상을 가역적으로 변화시킨다.
e. on/off 특성
메모리 스위칭 특성을 갖는 칼코게나이드 화합물에서 on/off 특성은 매우 중요하다. 그림 6은 메모리 스위칭 소자를 on/off 하기 위한 펄스전압 인가에 따른 전압-시간 특성을 나타낸다. 박막의 on-set을 위한 펄스전압은 낮은 전 압으로 긴 시간을 인가해야 하며, off-set을 위한 방법으로 높은 펄스전압을 짧은 시간동안 인가하여 진행할 수 있다.
Fig. 6. Voltage-time characteristics according to pulsed voltage application