Negative resistance behavior and reproducible resistance switching were found in polycrystalline NiO films deposited by dc magnetron reactive sputtering methods. Oxygen to argon gas ratio during deposition was critical in deciding the detailed switching characteristics of either bi-stable memory switching or mono-stable threshold switching. Both metallic nickel defects and nickel vacancies influenced the negative resistance and the switching characteristics. We obtained a distribution of low resistance values which were dependent on the compliance current of high-to-low resistance switching. At 200°C, the low-resistance state kept its initial resistance value while the high-resistance state reached 85% of its initial resistance value after 5×105s. We suggested that the negative resistance and the switching mechanism could be described by electron conduction related to metallic nickel defect states existing in deep levels and by small-polaron hole hopping conduction.

Experimental results on the bistable resistive memory switching in submicron sized NiO memory cells are presented. By using a current-bias method, intermediate resistance states and anomalous resistance fluctuations between resistance states are observed during the resistive transition from high resistance state to low resistance state. They are interpreted to be associated with filamentary conducting paths with their formation and rupture for the memory switching origin in NiO. The experimental results are discussed on the basis of filamentary conductions in consideration of local Joule heating effect.

The random circuit breaker network model is proposed for unipolar resistance switching behavior. This model describes reversible dynamic processes involving two quasi-metastable states. The formation and rupture of conducting channels (see figure) in the polycrystalline TiO2 thin films may be analyzed by the self organized avalanche process in the random circuit breaker network model. Supporting information for this article is available on the WWW under http://www.wiley-vch.de/contents/jc_2089/2008/adma200702024_s.pdf or from the author. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.