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 G0=2e2/h, 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 0.03G0, 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.

1.
L.
Mateu
and
F.
Moll
,
Proc. SPIE
2005
,
359
.
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.
M. E.
Porter
and
J. E.
Heppelmann
,
Harvard Business Rev.
92
,
64
(
2014
).
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
).
You do not currently have access to this content.