Tunable volatile and non-volatile resistive switching devices were demonstrated with non-stoichiometric CuO nanowire. These resistive switching modes were controlled by the stability of hole-based conductive filaments via the compliance current in the SET process. The CuO-nanowire based volatile threshold switching selector exhibited a bidirectional operation with high selectivity (104), ultra-low OFF-current (<100 pA), and good reliability with the endurance over 105 cycles under the pulse operation. The present study demonstrates the nanowire-based threshold switching selector with the bottom-up method for future cross-point memory, logic application, and neuromorphic computing.

1.
S.
Yu
and
P.
Chen
,
IEEE Solid-State Circuits Mag.
8
,
43
(
2016
).
2.
J. Y.
Seok
,
S. J.
Song
,
J. H.
Yoon
,
K. J.
Yoon
,
T. H.
Park
,
D. E.
Kwon
,
H.
Lim
,
G. H.
Kim
,
D. S.
Jeong
, and
C. S.
Hwang
,
Adv. Funct. Mater.
24
,
5316
(
2014
).
3.
E.
Linn
,
R.
Rosezin
,
C.
Kügeler
, and
R.
Waser
,
Nat. Mater.
9
,
403
(
2010
).
4.
M.-J.
Lee
,
C. B.
Lee
,
D.
Lee
,
S. R.
Lee
,
M.
Chang
,
J. H.
Hur
,
Y.-B.
Kim
,
C.-J.
Kim
,
D. H.
Seo
,
S.
Seo
,
U. I.
Chung
,
I.-K.
Yoo
, and
K.
Kim
,
Nat. Mater.
10
,
625
(
2011
).
5.
C.-H.
Huang
,
J.-S.
Huang
,
S.-M.
Lin
,
W.-Y.
Chang
,
J.-H.
He
, and
Y.-L.
Chueh
,
ACS Nano
6
,
8407
(
2012
).
6.
S.
Sheu
,
P.
Chiang
,
W.
Lin
,
H.
Lee
,
P.
Chen
,
Y.
Chen
,
T.
Wu
,
F. T.
Chen
,
K.
Su
,
M.
Kao
,
K.
Cheng
, and
M.
Tsai
, “
A 5ns fast write multi-level non-volatile 1 K bits RRAM memory with advance write scheme
,” in Symposium on VLSI Circuits (
2009
), p.
82
.
7.
J.
Huang
,
T.
Yi-Ming
,
L.
Wun-Cheng
,
H.
Chung-Wei
, and
T.
Hou
, “
One selector-one resistor (1S1R) crossbar array for high-density flexible memory applications
,” in International Electron Devices Meeting (IEDM) (
2011
).
8.
W.
Lee
,
J.
Park
,
S.
Kim
,
J.
Woo
,
J.
Shin
,
G.
Choi
,
S.
Park
,
D.
Lee
,
E.
Cha
,
B. H.
Lee
, and
H.
Hwang
,
ACS Nano
6
,
8166
(
2012
).
9.
C.-H.
Huang
,
T.-S.
Chou
,
J.-S.
Huang
,
S.-M.
Lin
, and
Y.-L.
Chueh
,
Sci. Rep.
7
,
2066
(
2017
).
10.
N.
Shukla
,
A. V.
Thathachary
,
A.
Agrawal
,
H.
Paik
,
A.
Aziz
,
D. G.
Schlom
,
S. K.
Gupta
,
R.
Engel-Herbert
, and
S.
Datta
,
Nat. Commun.
6
,
7812
(
2015
).
11.
J.
Park
,
D.
Lee
,
J.
Yoo
, and
H.
Hwang
, “
NbO2based threshold switch device with high operating temperature (>85 °C) for steep-slope MOSFET (∼2mV/dec) with ultra-low voltage operation and improved delay time
,” in IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) (
2017
).
12.
M. D.
Pickett
,
G.
Medeiros-Ribeiro
, and
R. S.
Williams
,
Nat. Mater.
12
,
114
(
2013
).
13.
S.
Kumar
,
J. P.
Strachan
, and
R. S.
Williams
,
Nature
548
,
318
(
2017
).
14.
M.
Son
,
J.
Lee
,
J.
Park
,
J.
Shin
,
G.
Choi
,
S.
Jung
,
W.
Lee
,
S.
Kim
,
S.
Park
, and
H.
Hwang
,
IEEE Electron Device Lett.
32
,
1579
(
2011
).
15.
E.
Cha
,
J.
Park
,
J.
Woo
,
D.
Lee
,
A.
Prakash
, and
H.
Hwang
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
153502
(
2016
).
16.
M.-J.
Lee
,
D.
Lee
,
S.-H.
Cho
,
J.-H.
Hur
,
S.-M.
Lee
,
D. H.
Seo
,
D.-S.
Kim
,
M.-S.
Yang
,
S.
Lee
,
E.
Hwang
,
M. R.
Uddin
,
H.
Kim
,
U. I.
Chung
,
Y.
Park
, and
I.-K.
Yoo
,
Nat. Commun.
4
,
2629
(
2013
).
17.
A.
Velea
,
K.
Opsomer
,
W.
Devulder
,
J.
Dumortier
,
J.
Fan
,
C.
Detavernier
,
M.
Jurczak
, and
B.
Govoreanu
,
Sci. Rep.
7
,
8103
(
2017
).
18.
R. S.
Shenoy
,
G. W.
Burr
,
K.
Virwani
,
B.
Jackson
,
A.
Padilla
,
P.
Narayanan
,
C. T.
Rettner
,
R. M.
Shelby
,
D. S.
Bethune
,
K. V.
Raman
,
M.
BrightSky
,
E.
Joseph
,
P. M.
Rice
,
T.
Topuria
,
A. J.
Kellock
,
B.
Kurdi
, and
K.
Gopalakrishnan
,
Semicond. Sci. Technol.
29
,
104005
(
2014
).
19.
K.
Gopalakrishnan
,
R. S.
Shenoy
,
C. T.
Rettner
,
K.
Virwani
,
D. S.
Bethune
,
R. M.
Shelby
,
G. W.
Burr
,
A.
Kellock
,
R. S.
King
,
K.
Nguyen
,
A. N.
Bowers
,
M.
Jurich
,
B.
Jackson
,
A. M.
Friz
,
T.
Topuria
,
P. M.
Rice
, and
B. N.
Kurdi
, Highly-scalable novel access device based on mixed ionic electronic conduction (MIEC) materials for high density phase change memory (PCM) arrays, in Symposium on VLSI Technology (VLSIT) (
2010
), p.
205
.
20.
S. H.
Jo
,
T.
Kumar
,
S.
Narayanan
, and
H.
Nazarian
,
IEEE Trans. Electron Devices
62
,
3477
(
2015
).
21.
A.
Chasin
,
L.
Zhang
,
A.
Bhoolokam
,
M.
Nag
,
S.
Steudel
,
B.
Govoreanu
,
G.
Gielen
, and
P.
Heremans
,
IEEE Electron Device Lett.
35
,
642
(
2014
).
22.
B. J.
Choi
,
J.
Zhang
,
K.
Norris
,
G.
Gibson
,
K. M.
Kim
,
W.
Jackson
,
M.-X. M.
Zhang
,
Z.
Li
,
J. J.
Yang
, and
R. S.
Williams
,
Adv. Mater.
28
,
356
(
2016
).
23.
Z.
Wang
,
M.
Rao
,
R.
Midya
,
S.
Joshi
,
H.
Jiang
,
P.
Lin
,
W.
Song
,
S.
Asapu
,
Y.
Zhuo
,
C.
Li
,
H.
Wu
,
Q.
Xia
, and
J. J.
Yang
,
Adv. Funct. Mater.
28
,
1704862
(
2018
).
24.
R.
Midya
,
Z.
Wang
,
J.
Zhang
,
S. E.
Savel'ev
,
C.
Li
,
M.
Rao
,
M. H.
Jang
,
S.
Joshi
,
H.
Jiang
,
P.
Lin
,
K.
Norris
,
N.
Ge
,
Q.
Wu
,
M.
Barnell
,
Z.
Li
,
H. L.
Xin
,
R. S.
Williams
,
Q.
Xia
, and
J. J.
Yang
,
Adv. Mater.
29
,
1604457
(
2017
).
25.
T.
Liu
,
M.
Verma
,
Y.
Kang
, and
M.
Orlowski
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
073510
(
2012
).
26.
W.
Chen
,
H. J.
Barnaby
, and
M. N.
Kozicki
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
580
(
2016
).
27.
U.-B.
Han
,
D.
Lee
, and
J.-S.
Lee
,
NPG Asia Mater.
9
,
e351
(
2017
).
28.
J.
Song
,
A.
Prakash
,
D.
Lee
,
J.
Woo
,
E.
Cha
,
S.
Lee
, and
H.
Hwang
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
113504
(
2015
).
29.
J. Y.
Kim
,
J. A.
Rodriguez
,
J. C.
Hanson
,
A. I.
Frenkel
, and
P. L.
Lee
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
10684
(
2003
).
30.
K.-D.
Liang
,
C.-H.
Huang
,
C.-C.
Lai
,
J.-S.
Huang
,
H.-W.
Tsai
,
Y.-C.
Wang
,
Y.-C.
Shih
,
M.-T.
Chang
,
S.-C.
Lo
, and
Y.-L.
Chueh
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
6
,
16537
(
2014
).
31.
X.
Jiang
,
T.
Herricks
, and
Y.
Xia
,
Nano Lett.
2
,
1333
(
2002
).
32.
L.
Liao
,
B.
Yan
,
Y. F.
Hao
,
G. Z.
Xing
,
J. P.
Liu
,
B. C.
Zhao
,
Z. X.
Shen
,
T.
Wu
,
L.
Wang
,
J. T. L.
Thong
,
C. M.
Li
,
W.
Huang
, and
T.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
113106
(
2009
).
33.
Y.-S.
Hong
,
J.-Y.
Chen
,
C.-W.
Huang
,
C.-H.
Chiu
,
Y.-T.
Huang
,
T. K.
Huang
,
R. S.
He
, and
W.-W.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
173103
(
2015
).
34.
C.-P.
Hsiung
,
H.-W.
Liao
,
J.-Y.
Gan
,
T.-B.
Wu
,
J.-C.
Hwang
,
F.
Chen
, and
M.-J.
Tsai
,
ACS Nano
4
,
5414
(
2010
).
You do not currently have access to this content.