We developed nonvolatile metal/SiOx/Si memristive devices based on ultrathin (∼1 nm) silicon oxide that was produced in a Piranha solution. The devices exhibited repeatable resistive switching behavior with low programming voltages (as low as 0.5 V) and high ON/OFF conductance ratio. Devices with active metals as top electrodes were bipolar switches, while those with inert metal electrodes were unipolar. We also studied the switching mechanisms for both types of devices based on the filament formation and rupture, and proposed conduction models for Pt/SiOx/Si devices.

1.
L. O.
Chua
,
IEEE Trans. Circuit Theory
18
,
507
(
1971
).
2.
D. B.
Strukov
,
G. S.
Snider
,
D. R.
Stewart
, and
R. S.
Williams
,
Nature
453
,
80
(
2008
).
3.
L.
Chua
,
Proc. IEEE
100
,
1920
(
2012
).
4.
I.
Valov
,
E.
Linn
,
S.
Tappertzhofen
,
S.
Schmelzer
,
J.
van den Hurk
,
F.
Lentz
, and
R.
Waser
,
Nat. Commun.
4
,
1771
(
2013
).
5.
M. D.
Ventra
and
Y. V.
Pershin
,
Nanotechnology
24
,
255201
(
2013
).
6.
R.
Waser
and
M.
Aono
,
Nature Mater.
6
,
833
(
2007
).
7.
R.
Waser
,
R.
Dittmann
,
G.
Staikov
, and
K.
Szot
,
Adv. Mater.
21
,
2632
(
2009
).
8.
P.
Mazumder
,
S. M.
Kang
, and
R.
Waser
,
Proc. IEEE
100
,
1911
(
2012
).
9.
I. G.
Baek
,
D. C.
Kim
,
M. J.
Lee
,
H. J.
Kim
,
E. K.
Yim
,
M. S.
Lee
,
J. E.
Lee
,
S. E.
Ahn
,
S.
Seo
,
J. H.
Lee
,
J. C.
Park
,
Y. K.
Cha
,
S. O.
Park
,
H. S.
Kim
,
I. K.
Yoo
,
U.
In Chung
,
J. T.
Moon
, and
B. I.
Ryu
, in
IEEE International Electron Devices Meeting Technical Digest
, Washington, DC, 5–7 December 2005 (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 2005), pp.
750
753
.
10.
Q.
Xia
,
W.
Robinett
,
M. W.
Cumbie
,
N.
Banerjee
,
T. J.
Cardinali
,
J. J.
Yang
,
W.
Wu
,
X.
Li
,
W. M.
Tong
,
D. B.
Strukov
,
G. S.
Snider
,
G.
Medeiros-Ribeiro
, and
R. S.
Williams
,
Nano Lett.
9
,
3640
(
2009
).
11.
J.
Borghetti
,
G. S.
Snider
,
P. J.
Kuekes
,
J. J.
Yang
,
D. R.
Stewart
, and
R. S.
Williams
,
Nature
464
,
873
(
2010
).
12.
S.
Ha
and
S.
Ramanathan
,
J. Appl. Phys.
110
,
071101
(
2011
).
13.
J. J.
Yang
,
M. D.
Pickett
,
X.
Li
,
D. A. A.
Ohlberg
,
D. R.
Stewart
, and
R. S.
Williams
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
429
(
2008
).
14.
J. G.
Simmons
and
R. R.
Verderber
,
Radio Electron. Eng.
34
,
81
(
1967
).
15.
P.
Lecomber
,
A.
Owen
,
W.
Spear
,
W. E.
Spear
,
J.
Hajto
,
A.
Snell
,
W. K.
Choi
,
M. J.
Rose
, and
S.
Reynolds
,
J. Non-Cryst. Solids
77–78
,
1373
(
1985
).
16.
A.
Avila
and
R.
Asomoza
,
Solid-State Electron.
44
,
17
(
2000
).
17.
J.
Hu
,
H.
Branz
,
R.
Crandall
,
S.
Ward
, and
Q.
Wang
,
Thin Solid Films
430
,
249
(
2003
).
18.
S.
Jo
,
K.
Kim
, and
W.
Lu
,
Nano Lett.
9
,
870
(
2009
).
19.
J.
Yao
,
Z.
Zhang
,
L.
Zhong
,
D.
Natelson
, and
J.
Tour
,
Nano Lett.
10
,
4105
(
2010
).
20.
J.
Yao
,
L.
Zhong
,
D.
Natelson
, and
J.
Tour
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
941
(
2011
).
21.
J.
Yao
,
L.
Zhong
,
D.
Natelson
, and
J.
Tour
,
Appl. Phys. A
102
,
835
(
2011
).
22.
J.
Yao
,
J.
Lin
,
Y.
Dai
,
G.
Ruan
,
Z.
Yan
,
L.
Li
,
L.
Zhong
,
D.
Natelson
, and
J.
Tour
,
Nat. Commun.
3
,
1101
(
2012
).
23.
Y.-F.
Chang
,
P.-Y.
Chen
,
B.
Fowler
,
Y.-T.
Chen
,
F.
Xue
,
Y.
Wang
,
F.
Zhou
, and
J.
Lee
,
J. Appl. Phys.
112
,
123702
(
2012
).
24.
A.
Mehonic
,
S.
Cueff
,
M.
Wojdak
,
S.
Hudziak
,
C.
Labbe
,
R.
Rizk
, and
A.
Kenyon
,
Nanotechnology
23
,
455201
(
2012
).
25.
A.
Mehonic
,
S.
Cueff
,
M.
Wojdak
,
S.
Hudziak
,
O.
Jambois
,
C.
Labbe
,
B.
Garrido
,
R.
Rizk
, and
A. J.
Kenyon
,
J. Appl. Phys.
111
,
074507
(
2012
).
26.
F.
Grunthaner
and
J.
Maserjian
,
IEEE Trans. Nucl. Sci.
24
,
2108
(
1977
).
27.
H.
Ogawa
,
N.
Terada
,
K.
Sugiyanma
,
K.
Moriki
,
N.
Miyata
,
T.
Aoyama
,
R.
Sugino
,
T.
Ito
, and
T.
Hattori
,
Appl. Surf. Sci.
56–58
,
836
(
1992
).
28.
K.
Sugiyama
,
T.
Igarashi
,
K.
Moriki
,
V.
Nagasawa
,
T.
Aoyama
,
R.
Sugino
,
T.
Ito
, and
T.
Hattori
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
29
,
L2401
(
1990
).
29.
K.
Komiya
and
Y.
Omura
,
J. Semicond. Technol. Sci.
2
,
164
(
2002
), available at: http://www.jsts.org/html/journal/journal_files/2002/9/2002_Vol2_No3_164.pdf.
30.
C.
Schindler
,
S. C. P.
Thermadam
,
R.
Waser
, and
M. N.
Kozicki
,
IEEE Trans. Electron Devices
54
,
2762
(
2007
).
31.
C.
Schindler
,
G.
Staikov
, and
R.
Waser
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
072109
(
2009
).
32.
S.
Tappertzhofen
,
H.
Mundelein
,
I.
Valov
, and
R.
Waser
,
Nanoscale
4
,
3040
(
2012
).
33.
B. J.
Choi
,
A. B. K.
Chen
,
X.
Yang
, and
I.-W.
Chen
,
Adv. Mater.
23
,
3847
(
2011
).
34.
S.
Sze
and
K.
Ng
,
Physics of Semiconductor Devices
, 3rd ed. (
Wiley
,
Hoboken
,
2006
) p.
49
.
You do not currently have access to this content.