Skip to main content
Log in

Electrical switching of molecular thin films filled in metal oxide cracks

  • Published:
Applied Physics A Aims and scope Submit manuscript

Abstract

In this work, we report an approach to fabricate molecular junctions based on metal oxide thin films with nanoscale cracks. The growth of the cracked oxide films is systematically investigated, which reveals that the crack width can be tuned by varying the dopants and/or the heating rate. Current-voltage measurements show that the as-fabricated molecular junction exhibits stable and reproducible electrical switching performance. The ON state junction obeys the Ohmic conduction, while the OFF state follows the space-charge-limited transport. The switching mechanism is shown to be governed by a charge trapping/detrapping process taken place in the organic active layer.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7

Similar content being viewed by others

References

  1. S. Nagel, M. Lener, C. Keil, R. Gerdes, L. Lapok, S.M. Gorun, D. Schlettwein, J. Phys. Chem. C 115, 8759–8767 (2011)

    Article  Google Scholar 

  2. M. Sessolo, H.J. Bolink, Adv. Mater. 23, 1829–1845 (2011)

    Article  Google Scholar 

  3. Y.N. Li, P. Sonar, S.P. Singh, M.S. Soh, M.V. Meurs, J. Tan, J. Am. Chem. Soc. 133, 2198–2204 (2011)

    Article  Google Scholar 

  4. J. He, L.P. Ma, J.H. Wu, Y. Yang, J. Appl. Phys. 97, 064507 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  5. Y. Shibano, H. Imahori, C. Adachi, J. Phys. Chem. C 113, 15454–15466 (2009)

    Article  Google Scholar 

  6. T. Kondo, S.M. Lee, M. Malicki, B. Domercq, S.R. Marder, B. Kippelen, Adv. Funct. Mater. 18, 1112–1118 (2008)

    Article  Google Scholar 

  7. C.W. Chu, J. Ouyang, J.H. Tseng, Y. Yang, Adv. Mater. 17, 1440–1443 (2005)

    Article  Google Scholar 

  8. J.C. Scott, L.D. Bozano, Adv. Mater. 19, 1452–1463 (2007)

    Article  Google Scholar 

  9. K.K. Likharev, Sci. Adv. Mater. 3, 322–331 (2011)

    Article  Google Scholar 

  10. D.B. Strukov, H. Kohlstedt, Mater. Res. Soc. Bull. 37, 108–114 (2012)

    Article  Google Scholar 

  11. H. Li, Z.N. Jin, N.J. Li, X.Q. Fu, H.W. Gu, J.M. Lu, X.W. Xia, L.H. Wang, J. Mater. Chem. 21, 5860 (2011)

    Article  Google Scholar 

  12. X.L. Li, J. He, J. Hihath, B.Q. Xu, S.M. Lindsay, N.J. Tao, J. Am. Chem. Soc. 128, 2135–2141 (2006)

    Article  Google Scholar 

  13. R.E. Holmlin, R. Haag, M.L. Chabinyc, R.F. Ismagilov, A.E. Cohen, A. Terfort, M.A. Rampi, G.M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc. 123, 5075–5085 (2001)

    Article  Google Scholar 

  14. K. Seo, H. Lee, ACS Nano 3, 2469–2476 (2009)

    Article  Google Scholar 

  15. C. Chu, J.S. Na, G.N. Parsons, J. Am. Chem. Soc. 129, 2287–2296 (2007)

    Article  Google Scholar 

  16. L.R. Ditzler, C. Karunatilaka, V.R. Donuru, H.Y. Liu, A.V. Tivanski, J. Phys. Chem. C 114, 4429–4435 (2010)

    Article  Google Scholar 

  17. R.D. Henderson, M.C. Breadmore, L.R. Dennany, M. Guijt, R.P. Haddad, E.F. Hilder, P.C. Innis, T.W. Lewis, G.G. Wallace, Synth. Met. 160, 1405–1409 (2010)

    Article  Google Scholar 

  18. G.F. Iriarte, Microsyst. Technol. 16, 2023–2027 (2010)

    Article  Google Scholar 

  19. A. Ismach, E. Joselevich, Nano Lett. 6, 1706–1710 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  20. L.Y. Jiao, B. Fan, X.J. Xian, Z.Y. Wu, J. Zhang, Z.F. Liu, J. Am. Chem. Soc. 130, 12612–12613 (2008)

    Article  Google Scholar 

  21. D.C. Wei, Y.Q. Liu, Adv. Mater. 15, 2815–2841 (2008)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  22. K. Szot, W. Speier, G. Bihlmayer, R. Waser, Nat. Mater. 4, 312–320 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. J. Richardi, A.T. Ngo, M.P. Pileni, J. Phys. Chem. C 114, 17324–17332 (2010)

    Article  Google Scholar 

  24. E.B. Gorokhov, V.Y. Print, A.G. Noskov, T.A. Gavrilova, J. Electrochem. Soc. 145, 2120–2131 (1998)

    Article  Google Scholar 

  25. R. Pati, S.P. Karna, Phys. Rev. B 69, 155419 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  26. Q.D. Ling, S.L. Lim, Y. Song, C.X. Zhu, D.S.H. Chan, E.T. Kang, K.G. Neoh, Langmuir 23, 312–319 (2007)

    Article  Google Scholar 

  27. Y. Ma, X.B. Cao, G. Li, Y.Q. W, Y. Yang, J.X. Wang, S.X. Du, L.M. Yang, H.J. Gao, Y.L. Song, Adv. Funct. Mater. 20, 803–810 (2010)

    Article  Google Scholar 

  28. J.C. Li, X.B. Han, Y.H. Jiang, D.C. Ba, Thin Solid Films 2, 881–886 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  29. X.F. Duan, I. Liaw, N.H. Tran, R.N. Lamb, Thin Solid Films 1, 25–29 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  30. L.K. Wang, X.S. Zhao, J. Phys. Chem. C 111, 8538–8542 (2007)

    Article  Google Scholar 

  31. G.K.L. Goh, S.K. Donthu, P.K. Pallathadka, Chem. Mater. 16, 2857–2861 (2004)

    Article  Google Scholar 

  32. S. Halder, U. Boettger, T. Schneller, R. Waser, O. Baldus, P. Jacobs, M. Wehner, Mater. Sci. Eng. B 133, 235–240 (2006)

    Article  Google Scholar 

  33. K. Barmak, A. Gungor, J. Appl. Phys. 94, 1605–1615 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  34. J. Onuki, K. Khoo, Y. Sasajima, Y. Chonan, T. Kimura, J. Appl. Phys. 108, 044302 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  35. S. Park, T.J. Lee, D.M. Kim, J.C. Kim, K. Kim, W. Kwon, Y.G. Ko, H. Choi, T. Chang, M. Ree, J. Phys. Chem. B 32, 10294–10301 (2010)

    Article  Google Scholar 

  36. A. Rose, Phys. Rev. 97, 1538–1554 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  37. J.C. Li, S.C. Blackstock, G.J. Szulczewski, J. Phys. Chem. B 110, 17493–17497 (2006)

    Article  Google Scholar 

  38. J.C. Li, K.Y. Kim, S.C. Blackstock, G. Szulczewski, J. Mater. Chem. 16, 4711–4714 (2004)

    Article  Google Scholar 

  39. D. Vaufrey, M.B. Khalifa, M.P. Besland, C. Sandu, M.G. Blanchin, V. Teodorescu, J.A. Roger, J. Tardy, Synth. Met. 127, 207–211 (2002)

    Article  Google Scholar 

  40. J.C. Li, A.K. Dozier, Y.C. Li, F.Q. Yang, Y.T. Cheng, J. Electrochem. Soc. 158, A689 (2011)

    Article  Google Scholar 

  41. W. Wang, C. Su, R. Ran, H.J. Park, C. Kwak, Z.P. Shao, Int. J. Hydrog. Energy 36, 5632–5643 (2011)

    Article  Google Scholar 

  42. J.C. Li, S.S. Wang, X.H. Jian, N. Han, D.C. Ba, Thin Solid Films 2, 712–716 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. F. Zhang, X.M. Li, X.D. Gao, L. Wu, X. Cao, X.J. Liu, R. Yang, J. Appl. Phys. 109, 104504 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  44. A.K. Rath, A.J. Pal, Langmuir 23, 9831–9835 (2007)

    Article  Google Scholar 

  45. J.M. Mativetsky, G. Pace, M. Elbing, M.A. Rampi, M. Mayor, P. Samori, J. Am. Chem. Soc. 130, 9192–9193 (2008)

    Article  Google Scholar 

  46. R. Waser, R. Dittmann, G. Staikov, K. Szot, Adv. Mater. 25–26, 2632–2663 (2009)

    Article  Google Scholar 

  47. C.B. Ouyang, H.B. Liu, X.M. Qian, H.W. Lin, N. Chen, Y.L. Li, Dalton Trans. 40, 3553–3557 (2011)

    Article  Google Scholar 

  48. W.L. Leong, N. Mathews, S.G. Mhaisalkar, T.P. Chen, P.S. Lee, Appl. Phys. Lett. 22, 222908 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. W.J. Joo, T.L. Choi, K.H. Lee, Y.S. Chung, J. Phys. Chem. B 27, 7756–7760 (2007)

    Article  Google Scholar 

  50. M. Colle, M. Buchel, D.M. de Leeuw, Org. Electron. 7, 305–312 (2006)

    Article  Google Scholar 

  51. S.J. vander Molen, J.H. Liao, T. Kudernac, J.S. Agustsson, L. Bernard, M. Calame, B.J. van Wees, B.L. Feringa, C. Schonenberger, Nano Lett. 9, 76–80 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  52. J.H. Liao, J.S. Agustsson, S.M. Wu, C. Schonenberger, M. Calame, Y. Leroux, M. Mayor, O. Jeannin, Y.F. Ran, S.X. Liu, S. Decurtins, Nano Lett. 3, 759–764 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  53. J. Fraxedas, S. Molas, A. Figueras, I. Jimenez, R. Gago, P. Auban-Senzier, M. Goffman, J. Solid State Chem. 168, 384–389 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  54. A.P. O’Mullane, N. Fay, A. Nafady, A.M. Bond, J. Am. Chem. Soc. 129, 2066–2073 (2007)

    Article  Google Scholar 

  55. E.L. Spitler, S.P. McClintock, M.M. Haley, J. Org. Chem. 72, 6692–6699 (2007)

    Article  Google Scholar 

  56. K.L. Wang, Y.L. Liu, J.W. Lee, K.G. Neoh, E.T. Kang, Macromolecules 43, 7159–7164 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  57. L.D. Bozano, B.W. Kean, M. Beinhoff, K.R. Carter, P.M. Rice, J.C. Scott, Adv. Funct. Mater. 15, 1933–1939 (2005)

    Article  Google Scholar 

  58. C. Pearson, J.H. Ahn, M.F. Mabrook, D.A.Z.W.A. Goddard III, J. Phys. Chem. C 114, 4611–4615 (2010)

    Article  Google Scholar 

  59. C.L. Pai, C.L. Liu, W.C. Chen, S.A. Jenekhe, Polymer 47, 699–708 (2006)

    Article  Google Scholar 

  60. Q.D. Ling, Y. Song, S.L. Lim, E.Y.H. Teo, Y.P. Tan, C.X. Zhu, D.S.H. Chan, D.L. Kwong, E.T. Kang, K.G. Neoh, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 45, 2947–2951 (2006)

    Article  Google Scholar 

Download references

Acknowledgements

Financial support comes from the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20100042120023) and the Fundamental Research Funds for Central Universities of China (N110403001).

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to J. C. Li.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Li, J.C., Gong, X., Wang, D. et al. Electrical switching of molecular thin films filled in metal oxide cracks. Appl. Phys. A 111, 645–651 (2013). https://doi.org/10.1007/s00339-012-7284-9

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00339-012-7284-9

Keywords

Navigation