Highly controllable and stable quantized conductance and resistive switching mechanism in single-crystal TiO2 resistive memory on silicon

Nano Letters

Volumn 14, Issue 8, 2014, Pages 4360-4367

  Hu, Chengqing ^a,b   McDaniel, Martin D ^b   Posadas, Agham ^a   Demkov, Alexander A ^a   Ekerdt, John G ^b   Yu, Edward T ^a,b  

^a UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN   (United States)

^b The University of Texas at Austin   (United States)

Author keywords

multilevel resistive switching; nanofilament; Quantized conductance; single crystal; titanium dioxide; valence change memory

Indexed keywords

AMORPHOUS MATERIALS; ATOMIC LAYER DEPOSITION; QUANTUM ELECTRONICS; SILICON; SINGLE CRYSTALS; SWITCHING SYSTEMS; THIN FILMS;

ELECTRICAL CHARACTERISTIC; ELECTROCHEMICAL METALLIZATION (ECM); MULTILEVEL RESISTIVE SWITCHING; NANOFILAMENT; QUANTIZED CONDUCTANCE; RESISTIVE RANDOM ACCESS MEMORY; RESISTIVE SWITCHING MECHANISMS; VALENCE CHANGE;

TITANIUM DIOXIDE;

EID: 84906074410     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl501249q     Document Type: Article

References (47)

1. Pavan, P.; Bez, R.; Olivo, P.; Zanoni, E. Proc. IEEE 1997, 85, 1248-1271
2. Waser, R.; Aono, M. Nat. Mater. 2007, 6, 833-840
3. Waser, R.; Dittmann, R.; Staikov, G.; Szot, K. Adv. Mater. 2009, 21, 2632-2663
4. Wong, H.-S. P.; Lee, H.-Y.; Yu, S.; Chen, Y.-S.; Wu, Y.; Chen, P.-S.; Lee, B.; Chen, F. T.; Tsai, M.-J. Proc. IEEE 2012, 100, 1951-1970
5. Kim, S. K.; Kim, K. M.; Jeong, D. S.; Jeon, W.; Yoon, K. J.; Hwang, C. S. J. Mater. Res. 2013, 28, 313-325
6. Choi, B. J.; Jeong, D. S.; Kim, S. K.; Rohde, C.; Choi, S.; Oh, J. H.; Kim, H. J.; Hwang, C. S.; Szot, K.; Waser, R.; Reichenberg, B.; Tiedke, S. J. Appl. Phys. 2005, 98, 033715
7. Jeong, D. S.; Schroeder, H.; Breuer, U.; Waser, R. J. Appl. Phys. 2008, 104, 123716
8. Yang, J. J.; Pickett, M. D.; Li, X.; Ohlberg, D. A. A.; Stewart, D. R.; Williams, R. S. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 429-433
9. Strukov, D. B.; Snider, G. S.; Stewart, D. R.; Williams, R. S. Nature 2008, 453, 80-83
10. Pershin, Y. V.; Di Ventra, M. IEEE Trans. Circuits Syst. 2010, 57, 1857-1864
11. Borghetti, J.; Snider, G. S.; Kuekes, P. J.; Yang, J. J.; Stewart, D. R.; Williams, R. S. Nature 2010, 464, 873-876
12. Kim, K. M.; Jeong, D. S.; Hwang, C. S. Nanotechnology 2011, 22, 254002
13. Kim, K. M.; Choi, B. J.; Shin, Y. C.; Choi, S.; Hwang, C. S. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 012907
14. Kim, K. M.; Choi, B. J.; Lee, M. H.; Kim, G. H.; Song, S. J.; Seok, J. Y.; Yoon, J. H.; Han, S.; Hwang, C. S. Nanotechnology 2011, 22, 254010
15. Jeong, D. S.; Schroeder, H.; Waser, R. Electrochem. Solid-State Lett. 2007, 10, G51-G53
16. Park, S.-J.; Lee, J.-P.; Jang, J. S.; Rhu, H.; Yu, H.; You, B. Y.; Kim, C. S.; Kim, K. J.; Cho, Y. J.; Baik, S.; Lee, W. Nanotechnology 2013, 24, 295202
17. Kim, K. M.; Kim, G. H.; Song, S. J.; Seok, J. Y.; Lee, M. H.; Yoon, J. H.; Hwang, C. S. Nanotechnology 2010, 21, 305203
18. Kim, S.; Jeong, H. Y.; Kim, S. K.; Choi, S.-Y.; Lee, K. J. Nano Lett. 2011, 11, 5438-5442
19. Song, S. J.; Seok, J. Y.; Yoon, J. H.; Kim, K. M.; Kim, G. H.; Lee, M. H.; Hwang, C. S. Sci. Rep. 2013, 3, 3443
20. Park, S.-G.; Magyari-Köpe, B.; Nishi, Y. IEEE Electron Device Lett. 2011, 32, 197-199
21. Kamiya, K.; Yang, M. Y.; Park, S.-G.; Magyari-Köpe, B.; Nishi, Y.; Niwa, M.; Shiraishi, K. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 073502
22. Kwon, D.-H.; Kim, K. M.; Jang, J. H.; Jeon, J. M.; Lee, M. H.; Kim, G. H.; Li, X.-S.; Park, G.-S.; Lee, B.; Han, S.; Kim, M.; Hwang, C. S. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 148-153
23. Strachan, J. P.; Pickett, M. D.; Yang, J. J.; Aloni, S.; Kilcoyne, A. L. D.; Medeiros-Ribeiro, G.; Williams, R. S. Adv. Mater. 2010, 22, 3573-3577
24. Hu, C.; McDaniel, M. D.; Ekerdt, J. G.; Yu, E. T. IEEE Electron Device Lett. 2013, 34, 1385-1387
25. Datta, S. Electronic Transport in Mesoscopic Systems; Cambridge University Press: New York, 1997.
26. Terabe, K.; Hasegawa, T.; Nakayama, T.; Aono, M. Nature 2005, 433, 47-50
27. Tappertzhofen, S.; Valov, I.; Waser, R. Nanotechnology 2012, 23, 145703
28. Hasegawa, T.; Terabe, K.; Tsuruoka, T.; Aono, M. Adv. Mater. 2012, 24, 252-267
29. Zhu, X.; Su, W.; Liu, Y.; Hu, B.; Pan, L.; Lu, W.; Zhang, J.; Li, R.-W. Adv. Mater. 2012, 24, 3941-3946
30. Chen, C.; Gao, S.; Zeng, F.; Wang, G. Y.; Li, S. Z.; Song, C.; Pan, F. Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 043510
31. Mehonic, A.; Vrajitoarea, A.; Cueff, S.; Hudziak, S.; Howe, H.; Labbé, C.; Rizk, R.; Pepper, M.; Kenyon, A. J. Sci. Rep. 2013, 3, 2708
32. Long, S.; Lian, X.; Cagli, C.; Cartoixà, X.; Rurali, R.; Miranda, E.; Jiménez, D.; Perniola, L.; Liu, M.; Suñé, J. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 183505
33. Miranda, E.; Mehonic, A.; Suñé, J.; Kenyon, A. J. Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 222904
34. Long, S.; Perniola, L.; Cagli, C.; Buckley, J.; Lian, X.; Miranda, E.; Pan, F.; Liu, M.; Suñé, J. Sci. Rep. 2013, 3, 2929
35. McDaniel, M. D.; Posadas, A.; Ngo, T. Q.; Dhamdhere, A.; Smith, D. J.; Demkov, A. A.; Ekerdt, J. G. J. Vac. Sci. Technol., B 2012, 30, 04E111
36. McDaniel, M. D.; Posadas, A.; Wang, T.; Demkov, A. A.; Ekerdt, J. G. Thin Solid Films 2012, 520, 6525-6530
37. Mayer, J. T.; Diebold, U.; Madey, T. E.; Garfunkel, E. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1995, 73, 1-11
38. Agrawal, A.; Lin, J.; Zheng, B.; Sharma, S.; Chopra, S.; Wang, K.; Gelatos, A.; Mohney, S.; Datta, S. VLSI Technol. 2013, T200-T201
39. Ielmini, D.; Nardi, F.; Cagli, C. IEEE Trans. Electron Devices 2011, 58, 3246-3253
40. Ielmini, D. IEEE Trans. Electron Devices 2011, 58, 4309-4317
41. Ielmini, D. Tech. Dig.-Int. Electron Devices Meet. 2011, 409-412
42. Valov, I.; Waser, R.; Jameson, J. R.; Kozicki, M. N. Nanotechnology 2011, 22, 254003
43. Wong, H.-S. P.; Raoux, S.; Kim, S. B.; Liang, J.; Reifenberg, J. P.; Rajendran, B.; Asheghi, M.; Goodson, K. E. Proc. IEEE 2010, 98, 2201-2227
44. Ciancio, R.; Carlino, E.; Rossi, G.; Aruta, C.; Scotti di Uccio, U.; Vittadini, A.; Selloni, A. Phys. Rev. B 2012, 86, 104110
45. Valov, I.; Linn, E.; Tappertzhofen, S.; Schmelzer, S.; van den Hurk, J.; Lentz, F.; Waser, R. Nat. Commun. 2013, 4, 1771
46. Ohno, T.; Hasegawa, T.; Tsuruoka, T.; Terabe, K.; Gimzewski, J. K.; Aono, M. Nat. Mater. 2011, 10, 591-595
47. Valov, I.; Sapezanskaia, I.; Nayak, A.; Tsuruoka, T.; Bredow, T.; Hasegawa, T.; Staikov, G.; Aono, M.; Waser, R. Nat. Mater. 2012, 11, 530-535