Transition metal oxides are promising candidates in the development of valence change memories thanks to their ability to present the valence change mechanism. The resistive switching mechanism of TiN/LaMnO3 + δ (LMO)/Pt devices was investigated by operando hard X-ray photoelectron spectroscopy after careful in situ electrical characterization. The results presented here highlight the oxygen exchange process at the TiN/LMO interface. The active TiN top electrode acts as an oxygen getter, pumping O2− anions that are attracted by the positive bias and repelling them under negative bias. This drift of charged defects is correlated with variations of the interfacial resistance. Our results confirm the critical role of the TiN/LMO interface and oxygen drift in the resistive switching behavior of such devices.

1.
D. S.
Kim
,
Y. H.
Kim
,
C. E.
Lee
, and
Y. T.
Kim
,
Phys. Rev. B
74
,
174430
(
2006
).
2.
J.
Shi
,
S. D.
Ha
,
Y.
Zhou
,
F.
Schoofs
, and
S.
Ramanathan
,
Nat. Commun.
4
,
2676
(
2013
).
3.
L.
Weston
,
A.
Janotti
,
X. Y.
Cui
,
B.
Himmetoglu
,
C.
Stampfl
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
92
,
085201
(
2015
).
4.
D. S.
Kim
,
C. E.
Lee
,
Y. H.
Kim
, and
Y. T.
Kim
,
J. Appl. Phys.
100
(
9
),
093901
(
2016
).
5.
S. Q.
Liu
,
N. J.
Wu
, and
A.
Ignatiev
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2749
(
2000
).
6.
J. C.
Gonzalez-Rosillo
,
R.
Ortega-Hernandez
,
J.
Jareño-Cerulla
,
E.
Miranda
,
J.
Suñe
,
X.
Granados
,
X.
Obradors
,
A.
Palau
, and
T.
Puig
,
J. Electroceram.
39
,
185
(
2017
).
7.
K.
Szot
,
W.
Speier
,
G.
Bihlmayer
, and
R.
Waser
,
Nat. Mater.
5
,
312
320
(
2006
).
8.
Y.-L.
Jin
,
Z.-T.
Xu
,
K.-J.
Jin
,
C.
Ge
,
H. B.
Lu
, and
G.-Z.
Yang
,
Mod. Phys. Lett. B
27
(
11
),
1350074
(
2013
).
9.
Z.-T.
Xu
,
K.-J.
Jin
,
L.
Gu
,
Y.-L.
Jin
,
C.
Ge
,
C.
Wang
,
H.-Z.
Guo
,
H.-B.
Lu
,
R.-Q.
Zhao
, and
G.-Z.
Yang
,
Small
8
,
1279
1284
(
2012
).
10.
J.
Töpfer
and
J. B.
Goodenough
,
J. Solid State Chem.
130
,
117
128
(
1997
).
11.
B. C.
Tofield
and
W. R.
Scott
,
J. Solid State Chem.
10
,
183
194
(
1974
).
12.
J. A. M.
van Roosmalen
and
E. H. P.
Cordfunke
,
J. Solid State Chem.
110
,
106
108
(
1994
).
13.
J. A. M.
van Roosmalen
,
P.
van Vlaanderen
,
E. H. P.
Cordfunke
,
W. L.
IJdo
, and
D. J. W.
IJdo
,
J. Solid State Chem.
114
,
516
523
(
1995
).
14.
S.
Bagdzevicius
,
K.
Maas
,
M.
Boudard
, and
M.
Burriel
,
J. Electroceram.
39
,
157
(
2017
).
15.
B.
Meunier
,
D.
Pla
,
R.
Rodriguez-Lamas
,
M.
Boudard
,
O.
Chaix-Pluchery
,
E.
Martinez
,
N.
Chevalier
,
C.
Jiménez
,
M.
Burriel
, and
O.
Renault
,
ACS Appl. Electron. Mater.
1
(
5
),
675
683
(
2019
).
16.
F.
Borgatti
,
F.
Offi
,
P.
Torelli
,
G.
Monaco
, and
G.
Panaccione
,
J. Electron. Spectrosc.
190
,
228
234
(
2013
).
17.
D.
Céolin
,
J. M.
Ablett
,
D.
Prieur
,
T.
Moreno
,
J.-P.
Rueff
,
T.
Marchenko
,
L.
Journel
,
R.
Guillemin
,
B.
Pilette
,
T.
Marin
, and
M.
Simon
,
J. Electron. Spectrosc.
190
,
188
192
(
2013
).
18.
J.
Rubio-Zuazo
and
G. R.
Castro
,
J. Electron. Spectrosc.
190
,
205
209
(
2013
).
20.
S.
Tougaard
,
J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom.
178–179
,
128
153
(
2010
).
21.
T.
Bertaud
,
M.
Sowinska
,
D.
Walczyk
,
S.
Thiess
,
A.
Gloskovskii
,
C.
Walczyk
, and
T.
Schroeder
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
143501
(
2012
).
22.
F.
Borgatti
,
C.
Park
,
A.
Herpers
,
F.
Offi
,
R.
Egoavil
,
Y.
Yamashita
,
A.
Yang
,
M.
Kobata
,
K.
Kobayashi
,
J.
Verbeeck
,
G.
Panaccione
, and
R.
Dittmann
,
Nanoscale
5
,
3954
(
2013
).
23.
Y. S.
Lin
,
F.
Zeng
,
S. G.
Tang
,
H. Y.
Liu
,
C.
Chen
,
S.
Gao
,
Y. G.
Wang
, and
F.
Pan
,
J. Appl. Phys.
113
,
064510
(
2013
).
24.
S. U.
Sharath
,
T.
Bertaud
,
J.
Kurian
,
E.
Hildebrandt
,
C.
Walczyk
,
P.
Calka
,
P.
Zaumseil
,
M.
Sowinska
,
D.
Walczyk
,
A.
Gloskovskii
,
T.
Schroeder
, and
L.
Alff
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
063502
(
2014
).
25.
M.
Sowinska
,
T.
Bertaud
,
D.
Walczyk
,
S.
Thiess
,
M. A.
Schubert
,
M. A.
Schubert
,
M.
Lukosius
,
W.
Drube
,
Ch.
Walczyk
, and
T.
Schroeder
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
233509
(
2012
).
26.
M.
Sowinska
,
T.
Bertaud
,
D.
Walczyk
,
S.
Thiess
,
P.
Calka
,
L.
Alff
,
C.
Walczyk
, and
T.
Schroeder
,
J. Appl. Phys.
115
,
204509
(
2014
).
27.
Y.
Matveyev
,
D.
Negrov
,
A.
Chernikova
,
Y.
Lebedinskii
,
R.
Kirtaev
,
S.
Zarubin
,
E.
Suvorova
,
A.
Gloskovskii
, and
A.
Zenkevich
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
,
43370
43376
(
2017
).
28.
C.
Lenser
,
A.
Koehl
,
I.
Slipukhina
,
H.
Du
,
M.
Patt
,
V.
Feyer
,
C. M.
Schneider
,
M.
Lezaic
,
R.
Waser
, and
R.
Dittmann
,
Adv. Funct. Mater.
25
,
6360
6368
(
2015
).
29.
P.
Calka
,
E.
Martinez
,
D.
Lafond
,
S.
Minoret
,
S.
Tirano
,
B.
Detlefs
,
J.
Roy
,
J.
Zegenhagen
, and
C.
Guedj
,
J. Appl. Phys.
109
,
124507
(
2011
).
30.
I.
Gueye
,
G.
Le Rhun
,
O.
Renault
,
D.
Cooper
,
D.
Ceolin
,
J.-P.
Rueff
, and
N.
Barrett
,
Appl. Phys. Lett.
111
(
3
),
032906
(
2017
).
31.
R.
Rodriguez-Lamas
,
D.
Pla
,
O.
Chaix-Pluchery
,
B.
Meunier
,
F.
Wilhelm
,
A.
Rogalev
,
L.
Rapenne
,
X.
Mescot
,
Q.
Rafhay
,
H.
Roussel
,
M.
Boudard
,
C.
Jiménez
, and
M.
Burriel
,
Beilstein J. Nanotech.
10
,
389
398
(
2019
).
32.
H.
Shinotsuka
,
S.
Tanuma
,
C. J.
Powell
, and
D. R.
Penn
,
Surf. Interface Anal.
47
,
871
(
2015
).
33.
O.
Renault
,
E.
Martinez
,
C.
Zborowski
,
J.
Mann
,
R.
Inoue
,
J.
Newman
, and
K.
Watanabe
,
Surf. Interface Anal.
50
,
1158
1162
(
2018
).
34.
P.
Risterucci
,
O.
Renault
,
C.
Zborowski
,
D.
Bertrand
,
E.
Torres
,
J.-P.
Rueff
,
D.
Ceolin
,
G.
Grenet
, and
S.
Tougaard
,
Appl. Surf. Sci
402
,
78
85
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.