Anatomy of a nanoscale conduction channel reveals the mechanism of a high-performance memristor

Advanced Materials

Volumn 23, Issue 47, 2011, Pages 5633-5640

  Miao, Feng ^a   Strachan, John Paul ^a   Yang, J Joshua ^a   Zhang, Min Xian ^a   Goldfarb, Ilan ^a   Torrezan, Antonio C ^a   Eschbach, Peter ^b   Kelley, Ronald D ^b   Medeiros Ribeiro, Gilberto ^a   Williams, R Stanley ^a  

^a HEWLETT PACKARD LABORATORIES   (United States)

^b HEWLETT PACKARD COMPANY   (United States)

Author keywords

memory; oxides; resistive random access memory (RRAM); switches

Indexed keywords

CONDUCTING CHANNELS; MEMORY; MEMRISTOR; NANO SCALE; NANOSCALE CONDUCTION; PRECISE METHOD; RESISTANCE SWITCHING; RESISTIVE RANDOM ACCESS MEMORY; SWITCHING REGIONS; TEMPERATURE DEPENDENT; TRANSPORT MEASUREMENTS;

CHEMICAL ANALYSIS; NANOTECHNOLOGY; OXIDES; SWITCHES; TANTALUM; TANTALUM OXIDES;

RANDOM ACCESS STORAGE;

NANOMATERIAL; OXIDE; TANTALUM; TANTALUM OXIDE;

ARTICLE; CHEMISTRY; ELECTRIC CONDUCTIVITY; INSTRUMENTATION; METHODOLOGY; MICROSCOPY; NANOTECHNOLOGY; SPECTROSCOPY; ULTRASTRUCTURE;

ELECTRIC CONDUCTIVITY; MICROSCOPY; NANOSTRUCTURES; NANOTECHNOLOGY; OXIDES; SPECTRUM ANALYSIS; TANTALUM;

EID: 83455179487     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201103379     Document Type: Article

References (68)

1. J. H. M. Garner, Workshop & ERD/ERM Working Group Meeting (April 6-7, 2010) (accessed Septermber 2011).
2. E. M. Vogel, Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 25.
3. A. Chung, J. Deen, J. S. Lee, M. Meyyappan, Nanotechnology 2010, 21, 412001.
4. R. Waser, M. Aono, Nat. Mater. 2007, 6, 833.
5. R. Waser, R. Dittmann, G. Staikov, K. Szot, Adv. Mater. 2009, 21, 2632.
6. A. Sawa, Mater. Today 2008, 11, 28.
7. Y. V. Pershin, M. Di Ventra, Adv. Phys. 2011, 60, 145.
8. M. Hosomi, H. Yamagishi, T. Yamamoto, K. Bessho, Y. Higo, K. Yamane, H. Yamada, M. Shoji, H. Hachino, C. Fukumoto, H. Nagao, H. Kano, in IEEE Int. Electron Device Meeting 2005, Tech. Dig. IEEE, New York 2005, p. 473.
9. S. S. P. Parkin, C. Kaiser, A. Panchula, P. M. Rice, B. Hughes, M. Samant, S. H. Yang, Nat. Mater. 2004, 3, 862.
10. L. O. Chua, IEEE Trans. Circuit Theory 1971, CT-18, 507.
11. L. O. Chua, S. M. Kang, Proc. IEEE 1976, 64, 209.
12. D. B. Strukov, G. S. Snider, D. R. Stewart, R. S. Williams, Nature 2008, 453, 80.
13. J. J. Yang, M. D. Pickett, X. Li, D. A. A. Ohlberg, D. R. Stewart, R. S. Williams, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 429.
14. L. O. Chua, Appl. Phys. A 2011, 102, 765.
15. M. Di Ventra, Y. V. Pershin, L. O. Chua, Proc. IEEE 2009, 97, 1717.
16. J. Yao, Z. Sun, L. Zhong, D. Natelson, J. M. Tour, Nano Lett. 2010, 10, 4105.
17. K. Szot, W. Speier, G. Bihlmayer, R. Waser, Nat. Mater. 2006, 5, 312.
18. S. C. Chae, J. S. Lee, S. Kim, S. B. Lee, S. H. Chang, C. Liu, B. Kahng, H. Shin, D. W. Kim, C. U. Jung, S. Seo, M. J. Lee, T. W. Noh, Adv. Mater. 2008, 20, 1154.
19. C. Schindler, M. Weides, M. N. Kozicki, R. Waser, Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 122910.
20. M. N. Kozicki, M. Park, M. Mitkova, IEEE Trans. Nanotechnol. 2005, 4, 331.
21. M. N. Kozicki, C. Gopalan, M. Balakrishnan, M. Mitkova, IEEE Trans. Nanotechnol. 2006, 5, 535.
22. B. J. Choi, D. S. Jeong, S. K. Kim, C. Rohde, S. Choi, J. H. Oh, H. J. Kim, C. S. Hwang, K. Szot, R. Waser, B. Reichenberg, S. Tiedke, J. Appl. Phys. 2005, 98, 033715.
23. K. M. Kim, S. J. Song, G. H. Kim, J. Y. Seok, M. H. Lee, J. H. Yoon, J. Park, C. S. Hwang, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1587.
24. R. L. McCreery, J. Wu, R. P. Kalakodimi, Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 2572.
25. H. K. Yoo, S. B. Lee, J. S. Lee, S. H. Chang, M. J. Yoon, Y. S. Kim, B. S. Kang, M. J. Lee, C. J. Kim, B. Kahng, T. W. Noh, Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 183507.
26. S. H. Jo, K. H. Kim, W. Lu, Nano Lett. 2009, 9, 496.
27. S. H. Jo, T. Chang, I. Ebong, B. B. Bhadviya, P. Mazumder, W. Lu, Nano Lett. 2010, 10, 1297.
28. J. Yao, L. Zhong, Z. X. Zhang, T. He, Z. Jin, P. J. Wheeler, D. Natelson, J. M. Tour, Small 2009, 5, 2910.
29. Z. Wei, Y. Kanzawa, K. Arita, Y. Katoh, K. Kawai, S. Muraoka, S. Mitani, S. Fujii, K. Katayama, M. Iijima, T. Mikawa, T. Ninomiya, R. Miyanaga, Y. Kawashima, K. Tsuji, A. Himeno, T. Okada, R. Azuma, K. Shimakawa, H. Sugaya, I. Takagi, R. Yasuhara, K. Horiba, H. Kumigashira, M. Oshima, in IEEE Int. Electron Devices Meeting 2008, Tech. Dig. IEEE, New York 2008, p. 293.
30. K. Terabe, T. Hasegawa, T. Nakayama, M. Aono, Nature 2005, 433, 47.
31. E. Linn, R. Rosezin, C. Kugeler, R. Waser, Nat. Mater. 2010, 9, 403.
32. M. Janousch, G. I. Meijer, U. Staub, B. Delley, S. F. Karg, B. P. Andreasson, Adv. Mater. 2007, 19, 2232.
33. I. H. Inoue, S. Yasuda, H. Akinaga, H. Takagi, Phys. Rev. B 2008, 77, 035105.
34. M. J. Rozenberg, I. H. Inoue, M. J. Sanchez, Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 178302.
35. J. R. Jameson, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 112101.
36. Y. B. Nian, J. Strozier, N. J. Wu, X. Chen, A. Ignatiev, Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 146403.
37. S. Q. Liu, N. J. Wu, A. Ignatiev, Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 2749.
38. G. Yang, H.-Y. Chen, L. Ma, Y. Shao, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 203506.
39. J. Yao, L. Zhong, D. Natelson, J. M. Tour, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 941.
40. J. Borghetti, G. S. Snider, P. J. Kuekes, J. J. Yang, D. R. Stewart, R. S. Williams, Nature 2010, 464, 873.
41. T. Hasegawa, T. Ohno, K. Terabe, T. Tsuruoka, T. Nakayama, J. K. Gimzewski, M. Aono, Adv. Mater. 2010, 22, 1831.
42. Q. F. Xia, W. Robinett, M. W. Cumbie, N. Banerjee, T. J. Cardinali, J. J. Yang, W. Wu, X. M. Li, W. M. Tong, D. B. Strukov, G. S. Snider, G. Medeiros-Ribeiro, R. S. Williams, Nano Lett. 2009, 9, 3640.
43. J. J. Yang, M. X. Zhang, J. P. Strachan, F. Miao, M. D. Pickett, R. D. Kelley, G. Medeiros-Ribeiro, R. S. Williams, Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 232102.
44. W. Yi, F. Perner, M. Qureshi, H. Abdalla, M. Pickett, J. Yang, M.-X. Zhang, G. Medeiros-Ribeiro, R. Williams, Appl. Phys. A 2011, 102, 973.
45. M.-J. Lee, C. B. Lee, D. Lee, S. R. Lee, M. Chang, J. H. Hur, Y.-B. Kim, C.-J. Kim, D. H. Seo, S. Seo, U. I. Chung, I.-K. Yoo, K. Kim, Nat. Mater. 2011, 10, 625.
46. D. H. Kwon, K. M. Kim, J. H. Jang, J. M. Jeon, M. H. Lee, G. H. Kim, X. S. Li, G. S. Park, B. Lee, S. Han, M. Kim, C. S. Hwang, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 148.
47. J. J. Yang, N. P. Kobayashi, J. P. Strachan, M. X. Zhang, D. A. A. Ohlberg, M. D. Pickett, Z. Li, G. Medeiros-Ribeiro, R. S. Williams, Chem. Mater. 2011, 23, 123.
48. J. J. Yang, J. Strachan, F. Miao, M.-X. Zhang, M. Pickett, W. Yi, D. Ohlberg, G. Medeiros-Ribeiro, R. Williams, Appl. Phys. A 2011, 102, 785.
49. J. H. Hur, M.-J. Lee, C. B. Lee, Y.-B. Kim, C.-J. Kim, Phys. Rev. B 2010, 82, 155321.
50. G. Dearnaley, A. M. Stoneham, D. V. Morgan, Rep. Prog. Phys. 1970, 33, 1129.
51. S. Ssenyange, H. J. Yan, R. L. McCreery, Langmuir 2006, 22, 10689.
52. K. Suzuki, N. Igarashi, K. Kyuno, Appl. Phys. Exp. 2011, 4, 051801.
53. Y. C. Yang, F. Pan, Q. Liu, M. Liu, F. Zeng, Nano Lett. 2009, 9, 1636.
54. J. P. Strachan, M. D. Pickett, J. J. Yang, S. Aloni, A. L. David Kilcoyne, G. Medeiros-Ribeiro, R. Stanley Williams, Adv. Mater. 2010, 22, 3573.
55. C. N. Lau, D. R. Stewart, R. S. Williams, M. Bockrath, Nano Lett. 2004, 4, 569.
56. J. J. Yang, F. Miao, M. D. Pickett, D. A. A. Ohlberg, D. R. Stewart, C. N. Lau, R. S. Williams, Nanotechnology 2009, 20, 215201.
57. F. Miao, J. J. Yang, J. P. Strachan, D. Stewart, R. S. Williams, C. N. Lau, Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 113503.
58. X. Q. Liu, X. D. Han, Z. Zhang, L. F. Ji, Y. J. Jiang, Acta Mater. 2007, 55, 2385.
59. O. Yamaguchi, D. Tomihisa, T. Uegaki, K. Shimizu, J. Am. Ceram. Soc. 1987, 70, C335.
60. S. Wu, H. M. Chan, M. P. Harmer, J. Am. Ceram. Soc. 2005, 88, 2369.
61. J. P. Strachan, G. Medeiros-Ribeiro, J. J. Yang, M. X. Zhang, F. Miao, I. Goldfarb, M. Holt, V. Rose, R. S. Williams, Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 242114.
62. I. Goldfarb, F. Miao, J. J. Yang, W. Yi, J. P. Strachan, M.-X. Zhang, M. D. Pickett, G. Medeiros-Ribeiro, R. S. Williams, unpublished.
63. M. D. Pickett, D. B. Strukov, J. L. Borghetti, J. J. Yang, G. S. Snider, D. R. Stewart, R. S. Williams, J. Appl. Phys. 2009, 106, 074508.
64. D. Gerstenberg, C. J. Calbick, J. Appl. Phys. 1964, 35, 402.
65. D. B. Strukov, J. L. Borghetti, R. S. Williams, Small 2009, 5, 1058.
66. I. Goldhirsch, D. Ronis, Phys. Rev. A 1983, 27, 1616.
67. L. J. T. M. Kempers, J. Chem. Phys. 2001, 115, 6330.
68. H. Y. Lee, Y. S. Chen, P. S. Chen, P. Y. Gu, Y. Y. Hsu, S. M. Wang, W. H. Liu, C. H. Tsai, S. S. Sheu, P. C. Chiang, W. P. Lin, C. H. Lin, W. S. Chen, F. T. Chen, C. H. Lien, M. J. Tsai, in 2010 Int. Electron Devices Meeting-Techn. Dig. IEEE, New York 2010, p. 460.