기판;상기 기판 상에 배치되는 소스/드레인 영역;상기 소스/드레인 영역 사이에 배치되며 인듐-갈륨 아연 산화물(IGZO)을 포함하는 채널층;상기 채널층 상에 배치되며, 화학양론비를 만족하는 금속 산화물을 포함하는 가변 저항층;상기 가변 저항층 상에 배치되며, 화학양론비를 만족시키지 않은 금속 산화물을 포함하는 게이트 절연층; 및상기 게이트 절연층 상에 배치되는 게이트 전극; 을 포함하는 반도체 장치.

제1 항에 있어서,상기 게이트 절연층은 상기 게이트 절연층에 포함된 산소의 이동을 위한 활성화 에너지가 약 0.6eV 이상인 금속 산화물을 포함하는 반도체 장치.

제1 항에 있어서, 상기 게이트 절연층은 루비듐 산화물, 티타늄 산화물, 바륨 산화물, 칼슘 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 스트론튬 산화물, 스칸듐 산화물, 마그네슘 산화물, 리튬 산화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 베릴륨 산화물, 니오븀 산화물, 니켈 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물, 바나듐 산화물, 란타넘 산화물, 가돌리늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 크롬 산화물, 및 망간 산화물 중 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하며, 상기 적어도 하나의 금속 산화물은 화학양론비보다 산소가 부족한 반도체 장치.

제1 항에 있어서,상기 가변 저항층은 상기 가변 저항층에 포함된 산소의 이동을 위한 활성화 에너지가 약 0.5eV 이하인 금속 산화물을 포함하는 반도체 장치.

제1 항에 있어서,상기 가변 저항층은 루비듐 산화물, 티타늄 산화물, 바륨 산화물, 칼슘 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 스트론튬 산화물, 스칸듐 산화물, 마그네슘 산화물, 리튬 산화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 베릴륨 산화물, 니오븀 산화물, 니켈 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물, 바나듐 산화물, 란타넘 산화물, 가돌리늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 크롬 산화물, 및 망간 산화물 중 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하며, 상기 적어도 하나의 금속 산화물은 화학양론비를 만족하는 반도체 장치.

기판;기판 상에 배치되고, 수직 방향으로 교대로 적층되는 복수의 절연층과 복수의 게이트 전극을 포함하며, 상기 복수의 절연층 및 상기 복수의 게이트 전극을 수직 방향으로 관통하는 관통 홀을 갖는 게이트 스택; 및상기 관통 홀 내에 배치되는 필라 구조물을 포함하고,상기 필라 구조물은,상기 관통 홀 내에 배치되며 화학양론비를 만족시키지 않은 금속 산화물을 포함하는 게이트 절연층;상기 관통 홀 내에서 상기 게이트 절연층의 내측벽 상에 배치되며 화학양론비를 만족하는 금속 산화물을 포함하는 가변 저항층; 상기 관통 홀 내에서 상기 가변 저항층의 내측벽 상에 배치되며 인듐-갈륨 아연 산화물(IGZO)을 포함하는 채널층; 및상기 관통 홀의 중심 영역을 채우는 매립 절연층; 을 포함하는 반도체 장치.

제6 항에 있어서,상기 반도체 장치는 선택 셀과 비선택 셀을 포함하고,상기 비선택 셀의 게이트 전극에 제1 양의 전압이 인가되고 상기 선택 셀의 게이트 전극에 제1 양의 전압보다 높은 값을 갖는 제2 양의 전압이 인가되어 상기 게이트 절연층 내부의 산소 공공이 상기 가변 저항층으로 이동하도록 구성된 반도체 장치.

제7 항에 있어서,상기 산소 공공이 내부로 이동된 상기 가변 저항층의 저항은 상기 채널층의 저항보다 낮은 반도체 장치.

제6 항에 있어서, 상기 반도체 장치는 선택 셀과 비선택 셀을 포함하고,상기 비선택 셀의 게이트 전극에 제1 양의 전압이 인가되고 상기 선택 셀의 게이트 전극에 제1 양의 전압보다 높은 절대값을 갖는 제1 음의 전압이 인가되어 상기 가변 저항층 내의 산소 공공이 상기 게이트 절연층으로 이동하도록 구성된 반도체 장치.

제9 항에 있어서,상기 산소 공공이 상기 게이트 절연층으로 이동된 상기 가변 저항층의 저항은 상기 채널층의 저항보다 높은 반도체 장치.