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Redox-Based Multilevel Resistive Switching in AlFeO3 Thin-Film Heterostructures
ACS Applied Electronic Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2020-03-29 , DOI: 10.1021/acsaelm.0c00083 Badari Narayana Rao 1 , Shintaro Yasui 1 , Yefei Han 1 , Yosuke Hamasaki 2 , Tsukasa Katayama 3 , Takahisa Shiraishi 4 , Takanori Kiguchi 4 , Mitsuru Itoh 1
ACS Applied Electronic Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2020-03-29 , DOI: 10.1021/acsaelm.0c00083 Badari Narayana Rao 1 , Shintaro Yasui 1 , Yefei Han 1 , Yosuke Hamasaki 2 , Tsukasa Katayama 3 , Takahisa Shiraishi 4 , Takanori Kiguchi 4 , Mitsuru Itoh 1
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Next-generation nonvolatile memory devices require many functionalities such as high-speed processing, low power consumption, lightweight, and a simple structure. The use of heterostructures with resistive switching (RS) capabilities is a promising way to achieve these functionalities. In this work, the RS characteristics of a newly identified heterostructure, composed of AlFeO3 thin films, are reported. These films stabilize in an orthorhombic Pna21 structure when deposited on SrTiO3 substrates and have been studied mainly for their ferrimagnetic and ferroelectric properties. However, their semiconducting-like nature can also lead to voltage-induced RS. The current work shows evidence of RS in a Pt/AlFeO3/Nb-doped SrTiO3(111) heterostructure, and a systematic study is carried out to characterize and understand the switching process. The cell exhibits multilevel resistive states, which is attractive for high-density memory storage. The low forming voltage in the heterostructure is attributed to the columnar crystal domains observed in the film. A resistance switching mechanism is proposed, wherein the switching is attributed to the modulation of the Schottky barrier at the Pt/film interface, caused by a voltage-induced redox reaction of the Fe ions. Along with identification of a heterostructure material with attractive RS properties, the current work also highlights the importance of microstructures to tailor the switching characteristics.
中文翻译：
AlFeO 3薄膜异质结构中基于氧化还原的多级电阻开关
下一代非易失性存储设备需要许多功能，例如高速处理，低功耗，轻便和结构简单。具有电阻切换（RS）功能的异质结构的使用是实现这些功能的一种有前途的方法。在这项工作中，报道了新发现的由AlFeO 3薄膜组成的异质结构的RS特性。当沉积在SrTiO 3衬底上时，这些薄膜稳定在正交Pna 2 1结构中，并且已经对其铁磁性和铁电特性进行了主要研究。但是，它们的类似半导体的性质也会导致电压感应的RS。当前的工作表明在Pt / AlFeO 3中存在RS的证据/ Nb掺杂的SrTiO 3（111）异质结构，并进行了系统的研究，以表征和了解开关过程。该单元表现出多级电阻状态，这对于高密度存储器存储很有吸引力。异质结构中的低形成电压归因于在膜中观察到的柱状晶畴。提出了一种电阻切换机制，其中该切换归因于由电压诱导的Fe离子的氧化还原反应引起的Pt /膜界面处的肖特基势垒的调制。除了鉴定具有吸引人的RS特性的异质结构材料外，当前的工作还强调了微结构调整开关特性的重要性。
更新日期：2020-03-29
中文翻译：
AlFeO 3薄膜异质结构中基于氧化还原的多级电阻开关
下一代非易失性存储设备需要许多功能，例如高速处理，低功耗，轻便和结构简单。具有电阻切换（RS）功能的异质结构的使用是实现这些功能的一种有前途的方法。在这项工作中，报道了新发现的由AlFeO 3薄膜组成的异质结构的RS特性。当沉积在SrTiO 3衬底上时，这些薄膜稳定在正交Pna 2 1结构中，并且已经对其铁磁性和铁电特性进行了主要研究。但是，它们的类似半导体的性质也会导致电压感应的RS。当前的工作表明在Pt / AlFeO 3中存在RS的证据/ Nb掺杂的SrTiO 3（111）异质结构，并进行了系统的研究，以表征和了解开关过程。该单元表现出多级电阻状态，这对于高密度存储器存储很有吸引力。异质结构中的低形成电压归因于在膜中观察到的柱状晶畴。提出了一种电阻切换机制，其中该切换归因于由电压诱导的Fe离子的氧化还原反应引起的Pt /膜界面处的肖特基势垒的调制。除了鉴定具有吸引人的RS特性的异质结构材料外，当前的工作还强调了微结构调整开关特性的重要性。
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