서로 적층되어 계면을 형성하고, 서로 다른 금속산화물로 형성된 제1 산화물층과 제2 산화물층; 상기 제1 산화물층과 상기 제2 산화물층의 계면에 생성되고, 불활성 전극을 기능하는 2차원 전자가스(two-dimensional electron gas, 2DEG); 및 상기 제2 산화물층 상부에 배치되고, 상기 2차원 전자가스와 함께 상기 제2 산화물층에 전기장을 인가하며, 양의 바이어스 인가시 상기 제2 산화물층 내부로 구리(Cu) 또는 은(Ag)의 활성금속 이온을 제공하는 활성전극을 포함하고,상기 2차원 전자가스의 일함수(work function)는 상기 활성금속의 일함수보다 작고,상기 제2 산화물층 내부에는 상기 활성금속 이온의 마이그레이션 및 환원에 의해 형성된 전도성 필라멘트가 형성되며, 상기 제2 산화물층의 SET 상태에서, 상기 활성전극에 인접한 부분에서의 상기 전도성 필라멘트의 직경은 상기 2차원 전자가스에 인접한 부분에서의 상기 전도성 필라멘트의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 산화물층 각각은 티타늄(Ti), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 갈륨(Ga) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 금속 원소를 포함하는 산화물로 형성된 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 산화물층 각각은 티타늄 산화물, 아연 산화물, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 갈륨 산화물 및 텅스텐 산화물로 이루어진 그룹에서 선택된 금속산화물로 형성된 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제2항에 있어서, 상기 제1 산화물층은 이산화티타늄(TiO2) 또는 스트론튬티타네이트(SrTiO3)로 형성되고,상기 제2 산화물층은 알루미늄옥사이드(Al2O3), 란타늄알루미네이트(LaAlO3), 텅스텐트리옥사이드(WO3) 또는 텅스텐디옥사이드(WO2)로 형성된 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제1항에 있어서, 상기 활성전극은 구리(Cu) 또는 은(Ag)을 포함하는 전기 전도성 물질로 형성된 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제5항에 있어서, 상기 활성전극은 구리(Cu) 또는 은(Ag)의 활성금속으로 형성된 활성 금속층; 및 티타늄(Ti)으로 형성되고 상기 활성 금속층과 상기 제2 산화물층 사이에 배치된 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제1항에 있어서, 상기 활성 전극에 양의 바이어스가 인가되어 상기 활성 전극과 상기 2차원 전자가스 사이에 제1 전기장이 형성된 경우, 상기 제2 산화물층 내부에 상기 활성 전극과 상기 2차원 전자가스를 연결하는 상기 전도성 필라멘트가 형성되어 상기 제2 산화물층은 저저항 상태(LRS)가 되고,상기 활성 전극에 음의 바이어스가 인가되어 상기 활성 전극과 상기 2차원 전자가스 사이에 제2 전기장이 형성된 경우, 상기 전도성 필라멘트 중 상기 2차원 전자가스에 인접한 부분이 파괴되어 상기 제2 산화물층은 고저항 상태(HRS)가 되는 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제7항에 있어서, 상기 고저항 상태에서, 상기 필라멘트의 단부와 상기 2차원 전자가스 사이의 간격인 터널 갭은 0.1 이상 0.5nm 이하인 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제7항에 있어서,상기 저저항 상태에서, 상기 전도성 필라멘트의 저항은 상기 2차원 전자가스 저항의 95% 이상 105% 이하인 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제7항에 있어서, 상기 활성 전극 및 상기 2차원 전자가스에는 서로 다른 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는, 저항 스위칭 소자.

제1 수평방향 및 이와 교차하는 제2 수평방향을 따라 M×N의 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 복수의 저항 스위칭 소자들;상기 제2 수평방향으로 이격되게 배치되고, 각각이 상기 제1 수평방향으로 연장되어 상기 복수의 저항 스위칭 소자들 중 상기 제1 수평방향을 따라 일렬로 배열된 M개의 저항 스위칭 소자들의 활성 전극들과 전기적으로 연결된 복수의 제1 신호라인;상기 제1 수평방향으로 이격되게 배치고, 각각이 상기 제2 수평방향으로 연장되어 상기 복수의 저항 스위칭 소자들 중 상기 제2 수평방향을 따라 일렬로 배열된 N개의 저항 스위칭 소자들의 2차원 전자가스들과 전기적으로 연결된 복수의 제2 신호라인을 포함하고,상기 복수의 저항 스위칭 소자들 각각은,서로 적층되어 계면을 형성하고, 서로 다른 금속산화물로 형성된 제1 산화물층과 제2 산화물층; 상기 제1 산화물층과 상기 제2 산화물층의 계면에 생성된 2차원 전자가스(two-dimensional electron gas, 2DEG); 및 상기 제2 산화물층 상부에 배치되고, 상기 2차원 전자가스와 함께 상기 제2 산화물층에 전기장을 인가하며, 상기 제1 신호라인을 통해 양의 바이어스 인가시 상기 제2 산화물층 내부로 구리(Cu) 또는 은(Ag)의 활성금속 이온을 제공하는 상기 활성전극을 포함하고,상기 2차원 전자가스의 일함수(work function)는 상기 활성금속의 일함수보다 작고,상기 제2 산화물층 내부에는 상기 활성금속 이온의 마이그레이션 및 환원에 의해 형성된 전도성 필라멘트가 형성되며, 상기 제2 산화물층의 SET 상태에서, 상기 활성전극에 인접한 부분에서의 상기 전도성 필라멘트의 직경은 상기 2차원 전자가스에 인접한 부분에서의 상기 전도성 필라멘트의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는, 메모리 장치.

제1 수평방향 및 이와 교차하는 제2 수평방향을 따라 M×N의 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 복수의 저항 스위칭 소자들;상기 제2 수평방향으로 이격되게 배치되고, 각각이 상기 제1 수평방향으로 연장되어 상기 복수의 저항 스위칭 소자들 중 상기 제1 수평방향을 따라 일렬로 배열된 M개의 저항 스위칭 소자들의 활성 전극들과 전기적으로 연결된 복수의 제1 신호라인;상기 제1 수평방향으로 이격되게 배치고, 각각이 상기 제2 수평방향으로 연장되어 상기 복수의 저항 스위칭 소자들 중 상기 제2 수평방향을 따라 일렬로 배열된 N개의 저항 스위칭 소자들의 2차원 전자가스들과 전기적으로 연결된 복수의 제2 신호라인을 포함하고,상기 복수의 저항 스위칭 소자들 각각은,서로 적층되어 계면을 형성하고, 서로 다른 금속산화물로 형성된 제1 산화물층과 제2 산화물층; 상기 제1 산화물층과 상기 제2 산화물층의 계면에 생성된 2차원 전자가스(two-dimensional electron gas, 2DEG); 및 상기 제2 산화물층 상부에 배치되고, 상기 2차원 전자가스와 함께 상기 제2 산화물층에 전기장을 인가하며, 상기 제1 신호라인을 통해 양의 바이어스 인가시 상기 제2 산화물층 내부로 활성금속 이온을 제공하는 상기 활성전극을 포함하고,상기 복수의 저항 스위칭 소자들 각각은, 상기 제2 신호라인들 중 대응되는 하나 상에 배치되고, 기둥 구조를 가지는 지지 구조체를 더 포함하고,상기 제1 산화물층은 상기 지지 구조체의 측면 및 상부면을 피복하도록 배치되고, 상기 제2 산화물층은 상기 지지 구조체의 측면 및 상부면 상에서 상기 제1 산화물층을 직접 피복하도록 배치된 것을 특징으로 하는, 메모리 장치.

제12항에 있어서,상기 지지 구조체는 원 또는 다각형의 단면 형상을 갖는 기둥 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 메모리 장치.

제12항에 있어서,상기 제2 신호라인들은 상기 지지 구조체의 하부 단부에 인접한 영역에서 노출된 상기 2차원 전자가스들의 단부면과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는, 메모리 장치.

제12항에 있어서,상기 활성 전극에 양의 바이어스가 인가되어 상기 활성 전극과 상기 2차원 전자가스 사이에 제1 전기장이 형성된 경우, 상기 제2 산화물층 중 상기 지지 구조체의 상부면과 상기 활성 전극 사이의 영역 내부에 상기 활성 전극과 상기 2차원 전자가스를 연결하는 전도성 필라멘트가 형성되어 상기 제2 산화물층은 저저항 상태(LRS)가 되고,상기 활성 전극에 음의 바이어스가 인가되어 상기 활성 전극과 상기 2차원 전자가스 사이에 제2 전기장이 형성된 경우, 상기 전도성 필라멘트 중 상기 2차원 전자가스에 인접한 부분이 파괴되어 상기 제2 산화물층은 고저항 상태(HRS)가 되는 것을 특징으로 하는, 메모리 장치.

제12항에 있어서,상기 복수의 저항 스위칭 소자들 사이의 공간을 채우도록 배치된 충전층을 더 포함하고,상기 저항 스위칭 소자들의 활성 전극들은 상기 충전층의 상부면을 통해 노출되어 상기 제1 신호라인들과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 메모리 장치.

제16항에 있어서,상기 충전층은 상기 저항 스위칭 소자들 사이의 공간을 채우는 제1 층; 및 상기 제1 층 상부에 형성된 제2 층을 포함하고,상기 제1 층은 상기 저항 스위칭 소자들의 제2 산화물층의 상부면 일부를 노출시키고,상기 제2 층은 상기 저항 스위칭 소자들의 활성 전극들이 각각 관통되는 복수의 관통홀들을 구비하는 것을 특징으로 하는, 메모리 장치.