【摘 要】
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CoFe2O4作为一种典型的反尖晶石结构的铁氧体材料,其独特的磁电性能为实现忆阻器的多级存储提供了可能,深入研究CFO薄膜的阻变特性具有深远意义。迄今为止,对CFO薄膜尤其是磁控溅射制备CFO薄膜的阻变特性研究较少,而磁控溅射相比于其他镀膜方式具有操作易控、成膜致密均匀且附着性好、易于大批量生产等优点,采用磁控溅射制备CFO薄膜基阻变器件并提升其阻变性能变得愈发紧迫与重要。本文采用磁控溅射技术在T
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CoFe2O4作为一种典型的反尖晶石结构的铁氧体材料,其独特的磁电性能为实现忆阻器的多级存储提供了可能,深入研究CFO薄膜的阻变特性具有深远意义。迄今为止,对CFO薄膜尤其是磁控溅射制备CFO薄膜的阻变特性研究较少,而磁控溅射相比于其他镀膜方式具有操作易控、成膜致密均匀且附着性好、易于大批量生产等优点,采用磁控溅射制备CFO薄膜基阻变器件并提升其阻变性能变得愈发紧迫与重要。本文采用磁控溅射技术在Ti N衬底上沉积了不同厚度CFO薄膜并结合光刻技术制备了Pt/CFO/Ti N阻变器件,借助AFM|、XRD、EDS、XPS等现代分析技术对CFO薄膜进行形貌和结构组分表征,采用半导体特性分析仪对阻变器件开展电学性能测试,结果表明减小薄膜厚度能够降低set操作电压并减小其漂移分布范围,低阻态也相对更稳定,但低薄膜厚度器件的高阻态在经历多次脉冲循环时表现出较明显的下降趋势,抗疲劳特性相对不足。1.5V幅值、25ns脉宽的小脉冲即可让CFO阻变器件成功实现set操作,表明CFO材料对set过程反应非常迅速。对不同上电极材料（Ti N、Pt、W）的CFO阻变器件进行电学性能测试,结果表明Ti N/CFO/Ti N器件的set操作电压最小而W/CFO/Ti N器件最大。Ti N/CFO/Ti N器件的开关比维持在200以上,脉冲循环特性测试和85℃高温加速寿命保持特性测试结果表明Ti N/CFO/Ti N器件可实现多次重复擦写并具有良好的高低阻态稳定性。采用多物理场有限元分析软件COMSOL,建立基于氧空位导电细丝型的Ti N/CFO/Ti N电热耦合仿真模型,详细分析reset、set过程中氧空位浓度、电势和温度的分布情况,随后更改介质层厚度和电极材料重新建模仿真,得到的I-V曲线与实验测试结果相符,并指出低热导率的电极更易使器件内部热量累积导致温度上升,从而加速器件内部氧空位的迁移重构,最终表现出较低的操作电压及较快的阻值变化过程。
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