Resistive memory devices suffer from a tradeoff between operating current and data retention. The key parameter governing this tradeoff is shown to be the 1-atom conductance of the filament material. High 1-atom conductances, comparable to the quantum , are shown to make metal filaments unsuitable for low-power applications. Instead by using filaments containing Te, a semiconductor whose 1-atom conductance is deduced to be just , it is shown that operating currents can be reduced by an order of magnitude compared to metals. Such “subquantum” conductive-bridge memory cells are broadly applicable to low-power applications.
References
1.
2.
R.
Khosla
, R.
Choudhary
, N. K.
Tiwari
, D.
Chandra
, and A. K.
Yadawa
, Int. J. Adv. Res. Electrical, Electronics Instrumentation Eng.
3
, 10638
(2014
).3.
S.
Chalasani
and J. M.
Conrad
, in Proceedings of the IEEE SoutheastCon
(2008
), p. 442
.4.
N.
Gershenfeld
, R.
Krikorian
, and D.
Cohen
, Sci. Am.
291
, 76
(2004
).5.
6.
N.
Derhacobian
, S. C.
Hollmer
, N.
Gilbert
, and M. N.
Kozicki
, Proc. IEEE
98
, 283
(2011
).7.
R.
Waser
, R.
Dittman
, G.
Staikov
, and K.
Szot
, Adv. Mater.
21
, 2632
(2009
).8.
I.
Valov
, R.
Waser
, J. R.
Jameson
, and M. N.
Kozicki
, Nanotechnology
22
, 254003
(2011
).9.
F.
Pan
, S.
Gao
, C.
Chen
, C.
Song
, and F.
Zeng
, Mat. Sci. Eng. R
83
, 1
(2014
).10.
P.
Pavan
, R.
Bez
, P.
Olivo
, and E.
Zanoni
, Proc. IEEE
85
, 1248
(1997
).11.
M.
Saremi
, H. J.
Barnaby
, A.
Edwards
, and M. N.
Kozicki
, ECS Electrochem. Lett.
4
, H29
(2015
).12.
S.
Rajabi
, M.
Saremi
, H. J.
Barnaby
, A.
Edwards
, M. N.
Kozicki
, M.
Mitkova
, D.
Mahalanabis
, Y.
Gonzalez-Velo
, and A.
Mahmud
, Solid-State Electron.
106
, 27
(2015
).13.
K.
Terabe
, T.
Hasegawa
, T.
Nakayama
, and M.
Aono
, Nature
433
, 47
(2005
).14.
J. R.
Jameson
, N.
Gilbert
, F.
Koushan
, J.
Saenz
, J.
Wang
, S.
Hollmer
, and M. N.
Kozicki
, Appl. Phys. Lett.
99
, 063506
(2011
).15.
J. R.
Jameson
, N.
Gilbert
, F.
Koushan
, J.
Saenz
, J.
Wang
, S.
Hollmer
, M. N.
Kozicki
, and N.
Derhacobian
, IEEE Electron. Device Lett.
33
, 257
(2012
).16.
N.
Agraït
, A. L.
Yeyati
, and J. M.
van Ruitenbeek
, Phys. Rep.
377
, 81
(2003
).17.
S.
Gao
, F.
Zeng
, C.
Chen
, G.
Tang
, Y.
Lin
, Z.
Zheng
, C.
Song
, and F.
Pan
, Nanotechnology
24
, 335201
(2013
).18.
X.
Zhu
, W.
Su
, Y.
Liu
, B.
Hu
, L.
Pan
, W.
Lu
, J.
Zhang
, and R.-W.
Li
, Adv. Mater.
24
, 3941
(2012
).19.
C.
Gopalan
, Y.
Ma
, T.
Gallo
, J.
Wang
, E.
Runnion
, J.
Saenz
, F.
Koushan
, P.
Blanchard
, and S.
Hollmer
, Solid-State Electron.
58
, 54
(2011
).20.
D.
Ielmini
, F.
Nardi
, and C.
Cagli
, Appl. Phys. Lett.
96
, 053503
(2010
).21.
J.
van den Hurk
, S.
Menzel
, R.
Waser
, and I.
Valov
, J. Phys. Chem. C
119
, 18678
(2015
).22.
V. A.
Vis
, J. Appl. Phys.
35
, 360
(1964
).23.
S.
Tappertzhofen
, I.
Valov
, and R.
Waser
, Nanotechnology
23
, 145703
(2012
).24.
T.
Iwanari
, T.
Sakata
, Y.
Miyatake
, S.
Kurokawa
, and A.
Sakai
, J. Appl. Phys.
102
, 114312
(2007
).25.
J. M.
Krans
and J. M.
van Ruitenbeek
, Phys. Rev. B
50
, 17659
(1994
).26.
J. G.
Rodrigo
, A.
Garcia-Martin
, J. J.
Saenz
, and S.
Vieira
, Phys. Rev. Lett.
88
, 246801
(2002
).27.
J. L.
Costa-Krämer
, N.
Garcia
, and H.
Olin
, Phys. Rev. Lett.
78
, 4990
(1997
).28.
E.
Scheer
, in Handbook of Nanophysics: Nanotubes and Nanowires
, edited by K. D.
Sattler
(CRC Press
, Boca Raton
, 2011
), Chap. 37, pp. 1
–19
.29.
S.-G.
Park
, B.
Magyari-Köpe
, and Y.
Nishi
, IEEE Electron. Device Lett.
32
, 197
(2011
).30.
X.
Cartoixa
, R.
Rurali
, and J.
Sunẽ
, Phys. Rev. B
86
, 165445
(2012
).31.
S.
Park
, H.-S.
Ahn
, C.-K.
Lee
, H.
Kim
, H.
Jin
, H.-S.
Lee
, S.
Seo
, J.
Yu
, and S.
Han
, Phys. Rev. B
77
, 134103
(2008
).32.
H.
Lee
, B.
Magyari-Köpe
, and Y.
Nishi
, Phys. Rev. B
81
, 193202
(2010
).33.
S.
Long
, X.
Lian
, C.
Cagli
, X.
Cartoixà
, R.
Rurali
, E.
Miranda
, D.
Jiménez
, L.
Perniola
, M.
Liu
, and J.
Suñé
, Appl. Phys. Lett.
102
, 183505
(2013
).34.
S.
Long
, L.
Perniola
, C.
Cagli
, J.
Buckley
, X.
Lian
, E.
Miranda
, F.
Pan
, M.
Liu
, and J.
Suñé
, Sci. Rep.
3
, 2929
(2013
).35.
X.
Lian
, E.
Miranda
, S.
Long
, L.
Perniola
, M.
Liu
, and J.
Suñé
, in Proceedings of the 14th International Conference on Ultimate Integration on Silicon (ULIS)
(2013
), p. 161
.36.
C.
Chen
, S.
Gao
, F.
Zeng
, G. Y.
Wang
, S. Z.
Li
, C.
Song
, and F.
Pan
, Appl. Phys. Lett.
103
, 043510
(2013
).37.
A.
Prakash
, S.
Jana
, and S.
Maikap
, Nanoscale Res. Lett.
8
, 418
(2013
).38.
H.
Fjellvag
, S.
Furuseth
, A.
Kjekshus
, and T.
Rakke
, Solid State Commun.
63
, 293
(1987
).39.
F. K.
McTaggart
and A. D.
Wadsley
, Aust. J. Chem.
11
, 445
(1958
).40.
J.
Bear
and F. K.
McTaggart
, Aust. J. Chem.
11
, 458
(1958
).41.
K.
Aratani
, K.
Ohba
, T.
Mizuguchi
, S.
Yasuda
, T.
Shiimoto
, T.
Tsushima
, T.
Sone
, K.
Endo
, A.
Kouchiyama
, S.
Sasaki
, A.
Maesaka
, N.
Yamada
, and H.
Narisawa
, Tech. Dig. – Int. Electron. Device Meet.
2007
, 783
.42.
L.
Goux
, K.
Opsomer
, R.
Degraeve
, R.
Müller
, C.
Detavernier
, D. J.
Wouters
, M.
Jurczak
, L.
Altimime
, and J. A.
Kittl
, Appl. Phys. Lett.
99
, 053502
(2011
).43.
K.
Sankaran
, L.
Goux
, S.
Clima
, M.
Mees
, J. A.
Kittl
, M.
Jurczak
, L.
Altimime
, G.-M.
Rignanese
, and G.
Pourtois
, ECS Trans.
45
, 317
(2012
).© 2016 AIP Publishing LLC.
2016
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.