Schottky Barrier Control of Self-Polarization for a Colossal Ferroelectric Resistive Switching

铁电性 材料科学 压电响应力显微镜 肖特基势垒 极化(电化学) 光电子学 异质结 肖特基二极管 凝聚态物理 电介质 二极管 物理 化学 物理化学
作者
Biaohong Huang,Xuefeng Zhao,Xiaoqi Li,Lingli Li,Zhongshuai Xie,Di Wang,D N Feng,Yuxuan Jiang,Jingyan Liu,Yizhuo Li,Guoliang Yuan,Zheng Han,Tula R. Paudel,Guozhong Xing,Weijin Hu,Zhidong Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (13): 12347-12357 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c01548
摘要

Controlling the domain evolution is critical both for optimizing ferroelectric properties and for designing functional electronic devices. Here we report an approach of using the Schottky barrier formed at the metal/ferroelectric interface to tailor the self-polarization states of a model ferroelectric thin film heterostructure system SrRuO3/(Bi,Sm)FeO3. Upon complementary investigations of the piezoresponse force microscopy, electric transport measurements, X-ray photoelectron/absorption spectra, and theoretical studies, we demonstrate that Sm doping changes the concentration and spatial distribution of oxygen vacancies with the tunable host Fermi level which modulates the SrRuO3/(Bi,Sm)FeO3 Schottky barrier and the depolarization field, leading to the evolution of the system from a single domain of downward polarization to polydomain states. Accompanied by such modulation on self-polarization, we further tailor the symmetry of the resistive switching behaviors and achieve a colossal on/off ratio of ∼1.1 × 106 in the corresponding SrRuO3/BiFeO3/Pt ferroelectric diodes (FDs). In addition, the present FD also exhibits a fast operation speed of ∼30 ns with a potential for sub-nanosecond and an ultralow writing current density of ∼132 A/cm2. Our studies provide a way for engineering self-polarization and reveal its strong link to the device performance, facilitating FDs as a competitive memristor candidate used for neuromorphic computing.
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