Unipolar, Bipolar, Ambipolar

논문: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00018732.2010.544961?__cf_chl_tk=.wH8eEV6Km4KAReje5ktis4jtICgJu7bQp4._5hMXIc-1757224062-1.0.1.1-E05m7JkaXFaQT7E0Wjzsc6KNhk0nSVu56FP6MpyVr7w

 

1. RRAM/Memristor 맥락에서

→ Unipolar, Bipolar Switching의 경우 Vd-Id만으로도 어느 polarity에서 SET/RESET이 일어나는지를 보면 구분이 가능.

Unipolar

정의

• SET과 RESET이 같은 polarity에서 발생.
• 예: +V에서 SET, 다시 +V (더 큰 전압/전류)에서 RESET
• 대표적 메커니즘: Joule heating 기반 필라멘트 형성/파괴

Mechanism

• During the reset operation, this filament is partially destroyed because of the large amount of heat released, similarly to a traditional household fuse.
• In the set operation, the filament is reconstructed again.
• The set voltage is always higher than the reset one.

 

Bipolar

정의

• SET과 RESET이 서로 다른 polarity에서 발생.
• 예: +V → ON, –V → OFF.
• 대표적 메커니즘: 이온 이동, vacancy drift (field-driven).

Mechanism

• A negative bias applied to the inert electrode forces a flow of metal ions in the electrolyte (originating from the now-positive active electrode) toward the inert metal electrode. After a short period of time these ions compose a filament that connects two metal electrodes. This filament dramatically reduces the resistance of the cell.
• Applied bias of the opposite polarity drifts the active electrode ions in the opposite direction destroying the filament.
• These authors have concluded that reversible bistable switching in their experimental system is an inherent molecular phenomenon, most likely arising from a concerted shift in charge delocalization and molecular conformation when the applied voltage across the molecular junction exceeds a critical threshold value

이점

• multi-state memory in which a single memory cell can store several bits of information

내 실험 적용 가능성

• Ionic transport and electrochemical reactions에서 많이 발생 → 정확한 실험적 원인은 알 수 없음

Ambipolar Switching

→ RRAM에서 상당히 드묾

 

정의

• 동일 소자에서 양극/음극 bias 모두에서 대칭적으로 유사한 스위칭이 일어남.
• polarity에 상관없이 ON/OFF 전환 가능.
• 2D 재료 기반 memristor나 일부 유기 memristor에서 보고됨.

Mechanism

• 물질 종류에 따라 다름

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2. 트랜지스터(FET) 맥락에서

→ Vd-Id curve 하나만으로는 알 수 없음. 반드시 Vg-Id 특성을 함께 봐야 ambipolar 여부를 확인 가능.

Unipolar

• 하나의 캐리어만 지배적으로 전도 (예: n-type = 전자만, p-type = 정공만).
• 예: 일반 Si MOSFET (NMOS → 전자, PMOS → 정공).

Bipolar

• Bipolar junction transistor(BJT)에서 유래.
• 전자와 정공이 동시에 작동해 전류를 운반.
• 예: npn, pnp 트랜지스터.

Ambipolar

• 같은 소자에서 조건(게이트 전압)에 따라 전자/정공 모두 전도 가능.
• 즉, 전도 캐리어가 전압에 따라 바뀔 수 있음.
• 예: MoS₂, WSe₂ 같은 2D TMD FET → Vg > 0 → 전자 전도, Vg < 0 → 정공 전도.

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3. 참조 논문

1. Memory effects in complex materials and nanoscale systems: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00018732.2010.544961?__cf_chl_tk=.wH8eEV6Km4KAReje5ktis4jtICgJu7bQp4._5hMXIc-1757224062-1.0.1.1-E05m7JkaXFaQT7E0Wjzsc6KNhk0nSVu56FP6MpyVr7w

2. Majority Carrier Type Conversion with Floating Gates inCarbon Nanotube Transistors:

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200900911