A Fe2O3 film homojunction was orderly prepared by magnetron sputtering and a hydrothermal method. The Fe2O3 homojunction-based memristor exhibits an obvious self-selective effect as well as a typical analogue resistive switching (RS) memory behavior. A desirable self-rectifying voltage range (−1 to 1 V), stable resistance ratio, good cycling endurance (>104 cycles), and long retention time (>104 s) can be obtained from the Fe2O3 homojunction-based memristor. Oxygen vacancies (Vo) are inevitably generated during the growth of the Fe2O3 film. The self-selective analogue RS memory behavior is ascribed to the electron tunneling behavior between the potential barrier generated by the FeOx contact and the electron filling dynamic in the Vo-based traps. This work provides a simple method to prepare a self-selective analogue memristor and lays the foundation for the core device of neuromorphic computing.

1.
Z. R.
Wang
,
H.
Wu
,
G. W.
Burr
,
C. S.
Hwang
,
K. L.
Wang
,
Q.
Xia
, and
J. J.
Yang
,
Nat. Rev. Mater.
5
,
173
195
(
2020
).
2.
N.
He
,
Y.
Sun
, and
D.
Wen
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
173503
(
2021
).
3.
G. D.
Zhou
,
X.
Yang
,
L.
Xiao
,
B.
Sun
, and
A.
Zhou
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
163506
(
2019
).
4.
Y. H.
Liu
,
L. Q.
Zhu
,
Y.
Shi
, and
Q.
Wan
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
133504
(
2014
).
5.
S.
Alam
,
M.
Hossain
, and
A.
Aziz
,
Appl. Phys. Lett.
119
,
082602
(
2021
).
6.
Y.
Sun
,
N.
He
,
Y.
Wang
,
Q.
Yuan
, and
D.
Wen
,
Nano Energy
98
,
107252
(
2022
).
7.
W.
Wang
,
L.
Danial
,
E.
Herbelin
,
B.
Hoffer
,
B.
Oved
,
T. G.
Toledo
,
E.
Pikhay
,
Y.
Roizin
, and
S.
Kvatinsky
,
Appl. Phys. Lett.
119
,
263504
(
2021
).
8.
G. D.
Zhou
,
B.
Sun
,
Y.
Yao
,
H.
Zhang
,
A.
Zhou
,
K.
Alameh
,
B.
Ding
, and
Q. L.
Song
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
143904
(
2016
).
9.
C.
Wan
,
P.
Cai
,
X.
Guo
,
M.
Wang
,
N.
Matsuhisa
,
L.
Yang
,
Z.
Lv
,
Y.
Luo
,
X. J.
Loh
, and
X.
Chen
,
Nat. Commun.
11
,
4602
(
2020
).
10.
C.
Wan
,
P.
Cai
,
M.
Wang
,
Y.
Qian
,
W.
Huang
, and
X.
Chen
,
Adv. Mater.
32
,
1902434
(
2020
).
11.
Z. R.
Wang
,
C.
Li
,
W.
Song
,
M.
Rao
,
D.
Belkin
,
Y.
Li
,
P.
Yan
,
H.
Jiang
,
P.
Lin
,
M.
Hu
,
J. P.
Strachan
,
N.
Ge
,
M.
Barnell
,
Q.
Wu
,
A. G.
Barto
,
Q.
Qiu
,
R. S.
Williams
,
Q.
Xia
, and
J. J.
Yang
,
Nat. Electron.
2
,
115
124
(
2019
).
12.
Q.
Xia
and
J. J.
Yang
,
Nat. Mater.
18
,
309
323
(
2019
).
13.
J.
Aziz
,
H.
Kim
,
S.
Rehman
,
M. F.
Khan
,
K. D.
Kadam
,
H.
Patil
,
S.
Aftab
,
G.
Dastgeer
, and
D.
Kim
,
Adv. Electron. Mater.
8
,
2100961
(
2022
).
14.
S.
Saitoh
and
K.
Kinoshita
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
112101
(
2020
).
15.
J.
Shin
,
M.
Kang
, and
S.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
119
,
012102
(
2021
).
16.
S.
Srivastava
,
J. P.
Thomas
,
X.
Guan
, and
K. T.
Leung
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
13
,
43022
43029
(
2021
).
17.
M. J.
Wang
,
S.
Gao
,
F.
Zeng
,
C.
Song
, and
F.
Pan
,
AIP Adv.
6
,
025007
(
2016
).
18.
R.
Ni
,
L.
Yang
,
X.
Huang
,
S.
Ren
,
T.
Wan
,
Y.
Li
, and
X.
Miao
,
IEEE Trans. Electron Devices
68
,
4897
4902
(
2021
).
19.
C.
Li
,
L.
Han
,
H.
Jiang
,
M.
Jang
,
P.
Lin
,
Q.
Wu
,
M.
Barnell
,
J. J.
Yang
,
H. L.
Xin
, and
Q.
Xia
,
Nat. Commun.
8
,
15666
(
2017
).
20.
J. H.
Yoon
,
S.
Yoo
,
S. J.
Song
,
K. J.
Yoon
,
D. E.
Kwon
,
Y. J.
Kwon
,
T. H.
Park
,
H. J.
Kim
,
X. L.
Shao
,
Y.
Kim
, and
C. S.
Hwang
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
8
,
18215
18221
(
2016
).
21.
J. H.
Yoon
,
S. J.
Song
,
I.
Yoo
,
J. Y.
Seok
,
K. J.
Yoon
,
D. E.
Kwon
,
T. H.
Park
, and
C. S.
Hwang
,
Adv. Funct. Mater.
24
,
5086
5095
(
2014
).
22.
J. H.
Yoon
,
D. E.
Kwon
,
Y.
Kim
,
Y. J.
Kwon
,
K. J.
Yoon
,
T. H.
Park
,
X. L.
Shao
, and
C. S.
Hwang
,
Nanoscale
9
,
11920
11928
(
2017
).
23.
S.
Choi
,
S.
Jang
,
J. H.
Moon
,
J. C.
Kim
,
H. Y.
Jeong
,
P.
Jang
,
K. J.
Lee
, and
G.
Wang
,
NPG Asia Mater.
10
,
1097
1106
(
2018
).
24.
W.
Wang
,
R.
Wang
,
T.
Shi
,
J.
Wei
,
R.
Cao
,
X.
Zhao
,
Z.
Wu
,
X.
Zhang
,
J.
Lu
,
H.
Xu
,
Q.
Li
,
Q.
Liu
, and
M.
Liu
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
1407
1410
(
2019
).
25.
K. M.
Kim
,
J.
Zhang
,
C.
Graves
,
J. J.
Yang
,
B. J.
Choi
,
C. S.
Hwang
,
Z.
Li
, and
R. S.
Williams
,
Nano Lett.
16
,
6724
6732
(
2016
).
26.
Y.
Yang
,
M.
Xu
,
S.
Jia
,
B.
Wang
,
L.
Xu
,
X.
Wang
, and
H.
Li
,
Nat. Commun.
12
,
6081
(
2021
).
27.
J.
Jung
,
D.
Bae
,
S.
Kim
, and
H. D.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
112106
(
2021
).
28.
L.
Shi
,
G.
Zheng
,
B.
Tian
,
B.
Dkhil
, and
C.
Duan
,
Nanoscale Adv.
2
,
1811
1827
(
2020
).
29.
L.
Sun
,
Y.
Zhang
,
G.
Han
,
G.
Hwang
,
J.
Jiang
,
B.
Joo
,
K.
Watanable
,
T.
Taniguchi
,
Y. M.
Kim
,
W. J.
Yu
,
B. S.
Long
,
R.
Zhao
, and
H.
Yang
,
Nat. Commun.
10
,
3161
(
2019
).
30.
H. L.
Park
,
M. H.
Kim
,
H.
Kim
, and
S. H.
Lee
,
Adv. Electron. Mater.
7
,
2100299
(
2021
).
31.
B.
Sun
,
T.
Guo
,
G. D.
Zhou
,
J.
Wu
,
Y.
Chen
,
Y. N.
Zhou
, and
Y. A.
Wu
,
ACS Appl. Bio Mater.
4
,
1976
–−
1985
(
2021
).
32.
B.
Yan
,
D.
Kuang
,
W.
Wang
,
Y.
Wang
,
B.
Sun
, and
G. D.
Zhou
,
Appl. Phys. Lett.
120
,
253506
(
2022
).
33.
G. D.
Zhou
,
Z. R.
Wang
,
B.
Sun
,
F.
Zhou
,
L.
Sun
,
H.
Zhao
,
X.
Hu
,
X.
Peng
,
J.
Yan
,
H.
Wang
,
W.
Wang
,
J.
Li
,
B.
Yan
,
D.
Kuang
,
Y.
Wang
,
L.
Wang
, and
S. K.
Duan
,
Adv. Electron. Mater.
8
,
2101127
(
2022
).
34.
B.
Sun
,
T.
Guo
,
G. D.
Zhou
,
S.
Ranjan
,
Y.
Jiao
,
L.
Wei
, and
Y. A.
Wu
,
Mater. Today Phys.
18
,
100393
(
2021
).
35.
W.
Wang
,
G. D.
Zhou
,
Y.
Wang
,
B.
Sun
,
M.
Zhou
,
C.
Fang
,
C.
Xu
,
J.
Dong
,
F.
Wang
,
S. K.
Duan
, and
Q. L.
Song
,
J. Mater. Chem. C
9
,
14583
14588
(
2021
).
36.
G. D.
Zhou
,
B.
Sun
,
X.
Hu
,
L.
Sun
,
Z.
Zou
,
B.
Xiao
,
W.
Qiu
,
B.
Wu
,
J.
Li
,
J.
Han
,
L.
Liao
,
C.
Xu
,
G.
Xiao
,
L.
Xiao
,
J.
Cheng
,
S.
Zheng
,
L.
Wang
,
Q.
Song
, and
S. K.
Duan
,
Adv. Sci.
8
,
2003765
(
2021
).
37.
G. D.
Zhou
,
Z. J.
Ren
,
B.
Sun
,
J.
Wu
,
Z.
Zou
,
S.
Zheng
,
L. D.
Wang
,
S. K.
Duan
, and
Q. L.
Song
,
Nano Energy
68
,
104386
(
2020
).
38.
X.
Hu
,
W.
Wang
,
B.
Sun
,
Y.
Wang
,
J.
Li
, and
G. D.
Zhou
,
J. Phys. Chem. Lett.
12
,
5377
5383
(
2021
).
39.
G. D.
Zhou
,
Z.
Ren
,
L.
Wang
,
J.
Wu
,
B.
Sun
,
A.
Zhou
,
S.
Zheng
,
S. K.
Duan
, and
Q. L.
Song
,
Nano Energy
63
,
103793
(
2019
).
40.
G. D.
Zhou
,
B.
Wu
,
X.
Liu
,
P.
Li
,
S.
Zhang
,
B.
Sun
, and
A.
Zhou
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
18
,
6509
6514
(
2016
).
41.
R.
Sun
,
X.
Chen
,
C.
Liu
,
W.
Chen
, and
B.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
119
,
133503
(
2021
).
42.
P. C.
Patra
and
Y. N.
Mohapatra
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
103501
(
2021
).
43.
Y.
Song
,
X.
Wang
,
Q.
Wu
,
C.
Wang
,
S.
Du
,
L.
Zhang
, and
X.
Miao
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
223501
(
2021
).
You do not currently have access to this content.