This work investigates the resistive switching mechanism in the Cu/TiW/InGaZnO/Al2O3/Pt-based memristor. By introducing the Al2O3 layer, the nanoscale diameter of the Cu filament decreased from 6.51 to 0.83 nm as the current compliance decreases from 1 mA to 50 μA. The resistive switching memory characteristics, such as a large ratio of high-resistance state (HRS)/low-resistance state (LRS) (∼107), stable switching cycle stability (>9 × 102), and multilevel operation, are observed and apparently improved compared to the counterpart of the Cu/TiW/InGaZnO/Pt memory device. These results are attributed to the control of Cu formation/dissolution by introducing the Al2O3 nanolayer at the InGaZnO/Pt interface. The findings of this study can not only improve the performance of the amorphous InGaZnO memristor but also be promising for potential applications of next-generation flat-panel displays in wearable devices.

1.
D.
Son
,
J.
Lee
,
S.
Qiao
,
R.
Ghaffari
,
J.
Kim
,
J. E.
Lee
,
C.
Song
,
S. J.
Kim
,
D. J.
Lee
,
S. W.
Jun
,
S.
Yang
,
M.
Park
,
J.
Shin
,
K.
Do
,
M.
Lee
,
K.
Kang
,
C. S.
Hwang
,
N. S.
Lu
,
T.
Hyeon
, and
D. H.
Kim
,
Nat. Nanotechnol.
9
,
397
(
2014
).
2.
L.
Michalasa
,
S.
Stathopoulos
,
A.
Khiat
, and
T.
Prodromakis
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
143503
(
2018
).
3.
B. J.
Murdoch1
,
T. J.
Raeber
,
Z. C.
Zhao
,
D. R.
McKenzie
,
D. G.
McCulloch
, and
J. G.
Partridge
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
163504
(
2019
).
4.
A.
Belmonte
,
W.
Kim
,
B. T.
Chan
,
N.
Heylen
,
A.
Fantini
,
M.
Houssa
,
M.
Jurczak
, and
L.
Goux
,
IEEE Trans. Electron Devices
60
,
3690
(
2013
).
5.
S. K.
Vishwanath
,
H.
Woo
, and
S.
Jeon
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
253503
(
2018
).
6.
K. J.
Gan
,
P. T.
Liu
,
Y. C.
Chiu
,
D. B.
Ruan
,
T. C.
Chien
, and
S. M.
Sze
,
Surf. Coat. Technol.
354
,
169
(
2018
).
7.
Y. C.
Yang
,
F.
Pan
, and
F.
Zeng
,
New J. Phys.
12
,
023008
(
2010
).
8.
Y. S.
Fan
,
P. T.
Liu
, and
C. H.
Hsu
,
Thin Solid Films
549
,
54
(
2013
).
9.
C. H.
Hsu
,
Y. S.
Fan
, and
P. T.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
062905
(
2013
).
10.
S.
Chandrasekaran
,
F.
Mangasa Simanjuntak
,
T. L.
Tsai
,
C. A.
Lin
, and
T. Y.
Tseng
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
113108
(
2017
).
11.
C. A.
Lin
,
C. J.
Huang
, and
T. Y.
Tseng
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
093105
(
2019
).
12.
W.
Hu
,
L.
Zou
,
X.
Chen
,
N.
Qin
,
S.
Li
, and
D.
Bao
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
6
,
5012
(
2014
).
13.
N.
Yamaguchi
,
S.
Taniguchi
,
T.
Miyajima
, and
M.
Ikeda
,
J. Vac. Sci. Technol., B
27
,
1746
(
2009
).
14.
J.
Chen
,
W.
Cranton
, and
M.
Fihn
,
Handbook of Visual Display Technology
(
Springer
,
2016
).
15.
D. B.
Ruan
,
P. T.
Liu
,
Y. C.
Chiu
,
P. Y.
Kuo
,
M. C.
Yu
,
K. Z.
Kan
,
T. C.
Chien
,
Y. H.
Chen
, and
S. M.
Sze
,
Thin Solid Films
660
,
578
(
2018
).
16.
X. M.
Huang
,
C. F.
Wu
,
H.
Lu
,
F. F.
Ren
,
D. J.
Chen
,
R.
Zhang
, and
Y. D.
Zheng
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
193505
(
2013
).
17.
C. C.
Chang
,
P. T.
Liu
,
C. Y.
Chien
, and
Y. S.
Fan
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
172101
(
2018
).
18.
S.
Chandrasekaran
,
F. M.
Simanjuntak
,
R.
Aluguri
, and
T. Y.
Tseng
,
Thin Solid Films
660
,
777
(
2018
).
19.
H.
Abdi
, in Encyclopedia Research Design (
2010
), Vol. 1, p.
169
.
20.
J.
Guy
,
G.
Molas
,
E.
Vianello
,
F.
Longnos
,
S.
Blanc
,
C.
Carabasse
,
M.
Bernard
,
J. F.
Nodin
,
A.
Toffoli
,
J.
Cluzel
,
P.
Blaise
,
P.
Dorion
,
O.
Cueto
,
H.
Grampeix
,
E.
Souchier
,
T.
Cabout
,
P.
Brianceau
,
V.
Balan
,
A.
Roule
,
S.
Maitrejean
,
L.
Perniola
, and
B. D.
Salvo
,
IEEE International Electron Devices Meeting
(
2013
), p.
30.2.1
.
21.
D.
Ielmini
,
F.
Nardi
,
C.
Cagli
, and
A. L.
Lacaita
,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
353
(
2010
).
22.
L.
Goux
,
A.
Belmonte
,
U.
Celano
,
J.
Woo
,
S.
Folkersma
,
C. Y.
Chen
,
A.
Redolfi
,
A.
Fantini
,
R.
Degraeve
,
S.
Clima
,
W.
Vandervorst
, and
M.
Jurczak
,
Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers
(
2016
), p.
T126
.
23.
E. W.
Lim
and
R.
Ismail
,
Electronics
4
,
586
(
2015
).
24.
K. H.
Choi
and
H. K.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
052103
(
2013
).
25.
R.
Waser
,
R.
Dittmann
,
G.
Staikov
, and
K.
Szot
,
Adv. Mater.
21
,
2632
(
2009
).
26.
S.
Ootomo
,
T.
Hashizume
, and
H.
Hasegawa
,
Phys. Status Solidi A
188
(
1
),
371
(
2001
).
27.
S. Z.
Rahaman
,
S.
Maikap
,
T. C.
Tien
,
H. Y.
Lee
,
W. S.
Chen
,
F. T.
Chen
,
M. J.
Kao
, and
M. J.
Tsai
,
Nanoscale Res. Lett.
7
,
345
(
2012
).
28.
M.
Arita
,
Y.
Ohno
, and
Y.
Takahashi
,
Phys. Status Solidi A
213
,
306
(
2016
).
29.
U.
Celano
,
L.
Goux
,
A.
Belmonte
,
G.
Giammaria
,
K.
Opsomer
,
C.
Detavernier
,
O.
Richard
,
H.
Bender
,
F.
Irrera
,
M.
Jurczak
, and
W.
Vandervorst
,
IEEE International Electron Devices Meeting
(
2014
), p.
14.1.1
.
30.
J.
Guy
,
G.
Molas
,
P.
Blaise
,
C.
Carabasse
,
M.
Bernard
,
A.
Roule
,
G.
Le Carval
,
V.
Sousa
,
H.
Grampeix
,
V.
Delaye
,
A.
Toffoli
,
J.
Cluzel
,
P.
Brianceau
,
O.
Pollet
,
V.
Balan
,
S.
Barraud
,
O.
Cueto
,
G.
Ghibaudo
,
F.
Clermidy
,
B.
De Salvo
, and
L.
Perniola
,
IEEE International Electron Devices Meeting
(
2014
), p.
6.5.1
.
31.
X.
Zhang
,
H. Q.
Xie
,
M.
Fujii
,
H.
Ago
,
K.
Takahashi
,
T.
Ikuta
,
H.
Abe
, and
T.
Shimizu
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
171912
(
2005
).
32.
L. S.
Sundar
,
M. H.
Farooky
,
S. N.
Sarada
, and
M. K.
Singh
,
Int. Commun. Heat Mass
41
,
41
(
2013
).
33.
T.
Yoshikawa
,
T.
Yagi
,
N.
Oka
,
J. J.
Jia
,
Y.
Yamashita
,
K.
Hattori
,
Y.
Seino
,
N.
Taketoshi
,
T.
Baba
, and
Y.
Shigesato
,
Appl. Phys. Express
6
,
021101
(
2013
).
34.
D.
Kumar
,
R.
Aluguri
,
U.
Chand
, and
T. Y.
Tseng
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
203102
(
2017
).
You do not currently have access to this content.