Electric-field induced structural transition in vertical MoTe2- and Mo1–xWxTe2-based resistive memories

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作者
Feng Zhang,Huairuo Zhang,Sergiy Krylyuk,Cory A. Milligan,Yuqi Zhu,Dmitry Zemlyanov,Leonid A. Bendersky,Benjamin P. Burton,Albert V. Davydov,Joerg Appenzeller
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:18 (1): 55-61 被引量:376
标识
DOI:10.1038/s41563-018-0234-y
摘要

Transition metal dichalcogenides have attracted attention as potential building blocks for various electronic applications due to their atomically thin nature and polymorphism. Here, we report an electric-field-induced structural transition from a 2H semiconducting to a distorted transient structure (2Hd) and orthorhombic Td conducting phase in vertical 2H-MoTe2- and Mo1−xWxTe2-based resistive random access memory (RRAM) devices. RRAM programming voltages are tunable by the transition metal dichalcogenide thickness and show a distinctive trend of requiring lower electric fields for Mo1−xWxTe2 alloys versus MoTe2 compounds. Devices showed reproducible resistive switching within 10 ns between a high resistive state and a low resistive state. Moreover, using an Al2O3/MoTe2 stack, On/off current ratios of 106 with programming currents lower than 1 μA were achieved in a selectorless RRAM architecture. The sum of these findings demonstrates that controlled electrical state switching in two-dimensional materials is achievable and highlights the potential of transition metal dichalcogenides for memory applications. A vertical electric field is shown to induce reversible transitions between a semiconducting 2H phase, a distorted transient structure and a conducting Td phase in MoTe2 and Mo1–xWxTe2 multilayers, and used to realize vertical resistive random access memories.
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