A vertically integrated latch-up based n-p-n bidirectional diode, which is analogous to an open-base bipolar junction transistor, is demonstrated for bipolar resistance-change memory selector application. A maximum current density of >50 MA/cm2 and a selectivity of >104 are observed at a fast switching speed of within 10 ns. The high selectivity as a consequence of the sudden latch-up process is feasible owing to the positive-feedback process initiated by impact ionization. The optimization of the turn-on voltage is comprehensively investigated by numerical device simulation, which ensures the promising potential of the latch-up based selector device.

1.
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
, and
K.
Kim
,
Nature Mater.
10
,
625
(
2011
).
2.
J. J.
Yang
,
D. B.
Strukov
, and
D. R.
Stewart
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
13
(
2013
).
3.
Y.
Chen
,
H.
Li
,
W.
Zhang
, and
R.
Pino
,
IEEE Trans. Nanotechnol.
11
,
948
(
2012
).
4.
E.
Linn
,
R.
Rosezin
,
C.
Kugeler
, and
R.
Waser
,
Nature Mater.
9
,
403
(
2010
).
5.
C. H.
Ho
,
E. K.
Lai
,
M. D.
Lee
,
C. L.
Pan
,
Y. D.
Yao
,
K. Y.
Hsieh
,
R.
Liu
, and
C.-Y.
Lu
,
VLSI Symp. Tech. Dig.
228
229
(
2007
).
6.
S.
Sheu
,
P.
Chiang
,
W.
Lin
,
H.
Lee
,
P.
Chen
,
Y.
Chen
,
T.
Wu
,
F. T.
Chen
,
K.
Su
,
M.
Kao
,
K.
Cheng
, and
M.
Tsai
,
Proc. Symp. VLSI Circuits Dig.
82
83
(
2009
).
7.
S.
Schmelzer
,
E.
Linn
,
U.
Bottger
, and
R.
Waser
,
IEEE Electron Device Lett.
34
,
114
(
2013
).
8.
M.
Son
,
J.
Lee
,
J.
Park
,
J.
Shin
,
G.
Choi
,
S.
Jung
,
W.
Lee
,
S.
Kim
,
S.
Park
, and
H.
Hwang
,
IEEE Electron Device Lett.
32
,
1579
(
2011
).
9.
K.
Virwani
,
G. W.
Burr
,
R. S.
Shenoy
,
C. T.
Rettner
,
A.
Padilla
,
T.
Topuria
,
P. M.
Rice
,
G.
Ho
,
R. S.
King
,
K.
Nguyen
,
A. N.
Bowers
,
M.
Jurich
,
M.
BrightSky
,
E. A.
Joseph
,
A. J.
Kellock
,
N.
Arellano
,
B. N.
Kurdi
, and
K.
Gopalakrishnan
,
IEDM Tech. Dig.
36
39
(
2012
).
10.
J.-J.
Huang
,
Y.-M.
Tseong
,
W.-C.
Luo
,
C.-W.
Hsu
, and
T.-H.
Hou
,
IEDM Tech. Dig.
733
736
(
2011
).
11.
W.
Lee
,
J.
Park
,
J.
Shin
,
J.
Woo
,
S.
Kim
,
G.
Choi
,
S.
Jung
,
S.
Park
,
D.
Lee
,
E.
Cha
,
H. D.
Lee
,
S. G.
Kim
,
S.
Chung
, and
H.
Hwang
,
VLSI Symp. Tech. Dig.
37
38
(
2012
).
12.
M. J.
Kim
,
I. G.
Baek
,
Y. H.
Ha
,
S. J.
Baik
,
J. H.
Kim
,
D. J.
Seong
,
S. J.
Kim
,
Y. H.
Kwon
,
C. R.
Lim
,
H. K.
Park
,
D.
Gilmer
,
P.
Kirsch
,
R.
Jammy
,
Y. G.
Shin
,
S.
Choi
, and
C.
Chung
,
IEDM Tech. Dig.
444
447
(
2010
).
13.
V. S. S.
Srinivasan
,
S.
Chopra
,
P.
Karkare
,
P.
Bafna
,
S.
Lashkare
,
P.
Kumbhare
,
Y.
Kim
,
S.
Srinivasan
,
S.
Kuppurao
,
S.
Lodha
, and
U.
Ganguly
,
IEEE Electron Device Lett.
33
,
1396
(
2012
).
14.
M. H.
Lee
,
C.-Y.
Kao
,
C.-L.
Yang
,
Y.-S.
Chen
,
H. Y.
Lee
,
F.
Chen
, and
M.-J.
Tsai
, in
Proceedings of the 69th Annual Device Research Conference
(
2011
), p.
15.
J.-W.
Han
and
Y.-K.
Choi
,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
797
(
2010
).
16.
M.
Reisch
,
IEEE Trans. Electron Devices
39
,
1398
(
1992
).
17.
K.
Taniguch
,
M.
Yamaji
,
K.
Sonoda
,
T.
Kunikiyo
, and
C.
Hamaguchi
,
IEDM Tech. Dig.
355
358
(
1994
).
18.
D.-I.
Moon
,
S.-J.
Choi
,
J.-W.
Han
,
S.
Kim
, and
Y.-K.
Choi
,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
909
(
2010
).
You do not currently have access to this content.