We report experiments to measure material changes in tantalum oxide-based memristive devices. The high endurance and low power demonstrated in this material system suggests a unique mechanism for the switching, which we investigated using x-ray based spectromicroscopy and nanospectroscopy. Our study nondestructively identified a localized (<150nm diameter) Ta-rich phase surrounded by nano- or polycrystalline .
REFERENCES
1.
G.
Dearnaley
, A. M.
Stoneham
, and D. V.
Morgan
, Rep. Prog. Phys.
33
, 1129
(1970
).2.
R.
Waser
, R.
Dittman
, G.
Staikov
, and K.
Szot
, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
21
, 2632
(2009
).3.
A.
Sawa
, T.
Fuji
, M.
Kawasaki
, and Y.
Tokura
, Appl. Phys. Lett.
85
, 4073
(2004
).4.
C.
Schindler
, S. C. P.
Thermadam
, R.
Waser
, and M. N.
Kozicki
, IEEE Trans. Electron Devices
54
, 2762
(2007
).5.
S. Q.
Liu
, N. J.
Wu
, and A.
Ignatiev
, Appl. Phys. Lett.
76
, 2749
(2000
).6.
D. B.
Strukov
, G. S.
Snider
, D. R.
Stewart
, and R. S.
Williams
, Nature (London)
453
, 80
(2008
).7.
K.
Szot
, W.
Speier
, G.
Bihlmayer
, and R.
Waser
, Nature Mater.
5
, 312
(2006
).8.
B. P.
Andreasson
, M.
Janousch
, U.
Staub
, and G. I.
Meijer
, Appl. Phys. Lett.
94
, 013513
(2009
).9.
S. C.
Chae
, J. S.
Lee
, S.
Kim
, S. B.
Lee
, S. H.
Chang
, C.
Liu
, B.
Kahng
, H.
Shin
, D. -W.
Kim
, C. U.
Jung
, S.
Seo
, M. -J.
Lee
, and T. W.
Noh
, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
20
, 1154
(2008
).10.
A.
Odagawa
, Phys. Rev. B
70
, 224403
(2004
).11.
M. J.
Rozenberg
, I. H.
Inoue
, and M. J.
Sánchez
, Appl. Phys. Lett.
88
, 033510
(2006
).12.
D. S.
Jeong
, H.
Schroeder
, and R.
Waser
, Phys. Rev. B
79
, 195317
(2009
).13.
J. J.
Yang
, M. -X.
Zhang
, J. P.
Strachan
, F.
Miao
, M. D.
Pickett
, R. D.
Kelley
, G.
Medeiros-Ribeiro
, and R. S.
Williams
, Appl. Phys. Lett.
97
, 232102
(2010
).14.
J. H.
Hur
, M. -J.
Lee
, C. B.
Lee
, Y. -B.
Kim
, and C. -J.
Kim
, Phys. Rev. B
82
, 155321
(2010
).15.
O.
Heinonen
, M.
Siegert
, A.
Roelofs
, A. K.
Petford-Long
, M.
Holt
, K.
d’Aquila
, and W.
Li
, Appl. Phys. Lett.
96
, 103103
(2010
).16.
T.
Fujii
, M.
Arita
, K.
Hamada
, H.
Kondo
, H.
Kaji
, Y.
Takahashi
, M.
Moniwa
, I.
Fujiwara
, T.
Yamaguchi
, M.
Aoki
, Y.
Maeno
, T.
Kobayashi
, and M.
Yoshimaru
, J. Appl. Phys.
109
, 053702
(2011
).17.
K.
Fujiwara
, T.
Nemoto
, M. J.
Rozenberg
, Y.
Nakamura
, and H.
Takagi
, Jpn. J. Appl. Phys.
47
, 6266
(2008
).18.
D. -H.
Kwon
, K. M.
Kim
, J. H.
Jang
, J. M.
Jeon
, M. H.
Lee
, G. H.
Kim
, X. -S.
Li
, G. -S.
Park
, B.
Lee
, S.
Han
, M.
Kim
, and C. S.
Hwang
, Nat. Nanotechnol.
5
, 148
(2010
).19.
J. P.
Strachan
, M. D.
Pickett
, J. J.
Yang
, S.
Aloni
, A. L. D.
Kilcoyne
, G.
Medeiros-Ribeiro
, and R. S.
Williams
, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
22
, 3573
(2010
).20.
J.
Maser
, R.
Winarski
, M.
Holt
, D.
Shu
, C.
Benson
, B.
Tieman
, C.
Preissner
, A.
Smolyanitskiy
, B.
Lai
, S.
Vogt
, G.
Wiemerslage
, and G. B.
Stephenson
, Proceedings of the Eighth International Conference on X-ray Microscopy
, edited by S.
Aoki
, Y.
Kagoshima
, and Y.
Suzuki
, (IPAP
, Himeji, Japan
, 2005
), pp. 26
–29
.21.
D.
Shu
, J.
Maser
, M.
Holt
, R.
Winarski
, C.
Preissner
, A.
Smolyanitskiy
, B.
Lai
, S.
Vogt
, and G. B.
Stephenson
, AIP Conf. Proc.
879
, 1321
(2007
).22.
J. P.
Strachan
, J. J.
Yang
, R.
Münstermann
, A.
Scholl
, G.
Medeiros-Ribeiro
, D. R.
Stewart
, and R. S.
Williams
, Nanotechnology
20
, 485701
(2009
).23.
24.
G. G.
Long
, A. G.
Revesz
, and M.
Kuriyama
, J. Non-Cryst. Solids
70
, 271
(1985
).25.
G. S.
Oehrlein
, F. M.
d’Heurle
, and A.
Reisman
, J. Appl. Phys.
55
, 3715
(1984
).26.
E.
Atanassova
, N.
Novkosvski
, A.
Paskaleva
, and M.
Pecovska-Gjorgjevich
, Solid-State Electron.
46
, 1887
(2002
).27.
J. P.
Strachan
, D. B.
Strukov
, J.
Borghetti
, J. J.
Yang
, G.
Medeiros-Ribeiro
, and R. S.
Williams
, Nanotechnology
22
, 254015
(2011
).© 2011 American Institute of Physics.
2011
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
