In this letter, we report an oxygen-assisted chemical vapor deposition method to synthesize uniform large-area high-quality multilayer hexagonal boron nitride (hBN) films (denoted by O-hBN). Nonvolatile bipolar resistive switching (RS) of resistive random access memories (RRAMs) based on O-hBN films is presented. These RRAMs exhibit enhanced RS performance with lower cycle-to-cycle variability, lower set voltage, and higher current on/off ratio. The enhancement is benefited from the clean and smooth surface of O-hBN films and the reduction of grain boundaries which serve as an energetically favored path for ion migration. This scalable approach to synthesize hBN films could facilitate practical applications of hBN-based RRAMs.

1.
I.
Valov
,
Chemelectrochem
1
(
1
),
26
36
(
2014
).
2.
H. S. P.
Wong
,
H. Y.
Lee
,
S. M.
Yu
,
Y. S.
Chen
,
Y.
Wu
,
P. S.
Chen
,
B.
Lee
,
F. T.
Chen
, and
M. J.
Tsai
,
Proc. IEEE
100
(
6
),
1951
1970
(
2012
).
3.
W. A.
Hubbard
,
A.
Kerelsky
,
G.
Jasmin
,
E. R.
White
,
J.
Lodico
,
M.
Mecklenburg
, and
B. C.
Regan
,
Nano Lett.
15
(
6
),
3983
3987
(
2015
).
4.
G.
Bersuker
,
D. C.
Gilmer
,
D.
Veksler
,
P.
Kirsch
,
L.
Vandelli
,
A.
Padovani
,
L.
Larcher
,
K.
McKenna
,
A.
Shluger
,
V.
Iglesias
,
M.
Porti
, and
M.
Nafria
,
J. Appl. Phys.
110
(
12
),
124518
(
2011
).
5.
I. G.
Baek
,
M. S.
Lee
,
S.
Seo
,
M. J.
Lee
,
D. H.
Seo
,
D. S.
Suh
,
J. C.
Park
,
S. O.
Park
,
H. S.
Kim
,
I. K.
Yoo
,
U. I.
Chung
, and
J. T.
Moon
, in
IEEE International Electron Devices Meeting Technical Digest
(
2004
), pp.
587
590
.
6.
Z.
Wei
,
Y.
Kanzawa
,
K.
Arita
,
Y.
Katoh
,
K.
Kawai
,
S.
Muraoka
,
S.
Mitani
,
S.
Fujii
,
K.
Katayama
,
M.
Iijima
,
T.
Mikawa
,
T.
Ninomiya
,
R.
Miyanaga
,
Y.
Kawashima
,
K.
Tsuji
,
A.
Himeno
,
T.
Okada
,
R.
Azuma
,
K.
Shimakawa
,
H.
Sugaya
,
I.
Takagi
,
R.
Yasuhara
,
K.
Horiba
,
H.
Kumigashira
, and
M.
Oshima
, in
IEEE International Electron Devices Meeting Technical Digest
(
2008
), pp.
1
4
.
7.
Y.
Sharma
,
S. P.
Pavunny
,
E.
Fachini
,
J. F.
Scott
, and
R. S.
Katiyar
,
J. Appl. Phys.
118
(
9
),
094506
(
2015
).
8.
M.
Lanza
,
Materials
7
(
3
),
2155
2182
(
2014
).
9.
N.
Petrone
,
T.
Cheri
,
I.
Meric
,
L.
Wang
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
,
ACS Nano
9
(
9
),
8953
8959
(
2015
).
10.
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
H.
Kanda
,
Nat. Mater.
3
(
6
),
404
409
(
2004
).
11.
I.
Jo
,
M. T.
Pettes
,
J.
Kim
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
Z.
Yao
, and
L.
Shi
,
Nano Lett.
13
(
2
),
550
554
(
2013
).
12.
F. M.
Puglisi
,
L.
Larcher
,
C.
Pan
,
N.
Xiao
,
Y.
Shi
,
F.
Hui
, and
M.
Lanza
, in
Proceedings of the International Electron Devices Meeting
,
2016
, pp.
874
877
.
13.
Y.
Shi
,
C.
Pan
,
V.
Chen
,
N.
Raghavan
,
K. L.
Pey
,
F. M.
Puglisi
,
E.
Pop
,
H. S. P.
Wong
, and
M.
Lanza
, in
IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)
,
2017
, pp.
119
122
.
14.
Y. Y.
Shi
,
X. H.
Liang
,
B.
Yuan
,
V.
Chen
,
H. T.
Li
,
F.
Hui
,
Z. C. W.
Yu
,
F.
Yuan
,
E.
Pop
,
H. S. P.
Wong
, and
M.
Lanza
,
Nat. Electron.
1
(
8
),
458
465
(
2018
).
15.
F.
Hui
,
M. A.
Villena
,
W. J.
Fang
,
A. Y.
Lu
,
J.
Kong
,
Y. Y.
Shi
,
X.
Jing
,
K. C.
Zhu
, and
M.
Lanza
,
2D Mater.
5
(
3
),
031011
(
2018
).
16.
C. B.
Pan
,
Y. F.
Ji
,
N.
Xiao
,
F.
Hui
,
K. C.
Tang
,
Y. Z.
Guo
,
X. M.
Xie
,
F. M.
Puglisi
,
L.
Larcher
,
E.
Miranda
,
L. L.
Jiang
,
Y. Y.
Shi
,
I.
Valov
,
P. C.
McIntyre
,
R.
Waser
, and
M.
Lanza
,
Adv. Funct. Mater.
27
(
10
),
1604811
(
2017
).
17.
P. P.
Zhuang
,
W. Y.
Lin
,
B. B.
Xu
, and
W. W.
Cai
,
Appl. Phys. Lett.
111
(
20
),
203103
(
2017
).
18.
K.
Sridhara
,
B. N.
Feigelson
,
J. A.
Wollmershauser
,
J. K.
Hite
,
A.
Nath
,
S. C.
Hernandez
,
M. S.
Fuhrer
, and
D. K.
Gaskill
,
Cryst. Growth Des.
17
(
4
),
1669
1678
(
2017
).
19.
L.
Song
,
L. J.
Ci
,
H.
Lu
,
P. B.
Sorokin
,
C. H.
Jin
,
J.
Ni
,
A. G.
Kvashnin
,
D. G.
Kvashnin
,
J.
Lou
,
B. I.
Yakobson
, and
P. M.
Ajayan
,
Nano Lett.
10
(
8
),
3209
3215
(
2010
).
20.
Q. R.
Cai
,
D.
Scullion
,
A.
Falin
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
Y.
Chen
,
E. J. G.
Santos
, and
L. H.
Li
,
Nanoscale
9
(
9
),
3059
3067
(
2017
).
21.
G. Y.
Lu
,
T. R.
Wu
,
Q. H.
Yuan
,
H. S.
Wang
,
H. M.
Wang
,
F.
Ding
,
X. M.
Xie
, and
M. H.
Jiang
,
Nat. Commun.
6
,
6160
(
2015
).
22.
Y.
Hattori
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
, and
K.
Nagashio
,
ACS Nano
9
(
1
),
916
921
(
2015
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.