[發明專利]一種基于SiO2神經仿生層的神經仿生器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201610986620.6
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106654006B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 閆小兵;趙建輝;李小燕
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 白利霞;蘇艷肅

本發明公開了一種基于SiO₂神經仿生層的神經仿生器件，包括Ag襯底、在Ag襯底上依次形成的神經仿生層和Ag電極層；神經仿生層從下而上依次包括：第一SiO₂膜層、Ag膜中間層、第二SiO₂膜層。同時，本發明還公開了該神經仿生器件的制備方法。本發明所制備的器件的兩端分別作為兩個輸入端，分別為突觸前刺激和突觸后刺激，能根據突觸前刺激和突觸后刺激的時間差而改變電阻，能夠模仿生物突觸的特性，在施加不同電脈沖的刺激下改變其電阻的阻值，其高低阻態會發生緩慢變化，且范圍穩定；出現多個穩定阻態并具有良好的保持特性，在重復施加電脈沖刺激的情況下，能夠記住改變的狀態，高低阻轉化的重復性高，是一種性能更為穩定、應用前景更為廣闊的神經仿生器件。

技術領域

本發明涉及微電子器件技術領域，具體地說是一種基于SiO₂神經仿生層的神經仿生器件及其制備方法。

背景技術

在信息技術領域，減小存儲單元的面積是發展當前數據存儲技術的一個主要驅動力。但是，在未來15 到20 年之內，當前的存儲技術將達到其物理極限，難以再進一步發展。為了促使存儲技術的持續發展，需要找到一種新的發展方向。其一種可能的發展方向是從生物學仿生而來的認知存儲，它不像當前的存儲器只有數據存儲這種單一功能，而是像人的記憶一樣豐富多彩，能夠實現數據存儲、信息處理以及最重要的認知功能，如可適應、學習、具有洞察力、新知識的構建等等。這種認知存儲的功能作為驅動力的數據存儲技術需要利用具有認知功能的器件搭建人工神經網絡，因此，開發認知存儲器這種具有認知功能的微電子器件，就是目前行業內研究的熱點。

在認知存儲器中，用作構建人工神經網絡的電子突觸器件，是最基本的一種認知存儲器。電子突觸器件如同神經突觸，是不同神經元之間的連接，具有用以表征神經元之間連接強度的突觸權重，并且在不同的刺激下，突觸權重能進行相應的改變，從而實現學習和記憶的功能。然而，在神經網絡當中，神經突觸數目龐大，需要減小電子突觸器件的面積和功耗，才有可能構建具有一定規模、一定認知功能的神經網絡。近年來，人們通過大量實驗和測試，發現憶阻器這種新型的電子元器件具有類似優良的特性，其中憶阻器的記憶功能和可操控性和生物體神經突觸有很高的相似性。人類大腦中存在10¹¹-10¹⁴個神經元，而連接這些神經元的突觸數量則高達10¹⁵。神經突觸由三部分組成：突觸前膜、突觸后膜以及兩膜間的窄縫——突觸間隙，其間距通常為20-40nm。在電信號刺激下，攜帶傳遞信息的神經遞質由突觸前神經元通過突觸間隙單向傳輸到突觸后神經元。因此，突觸前后膜類似于憶阻器的兩端金屬電極，而突觸間隙類似于憶阻器的介質層，其厚度約為數十納米。

突觸可塑性是生物體神經突觸的最基本特性，突觸會隨著神經元之間連接強度的強弱動態的刺激或抑制信號，使得信號保持連續變化。這就要求器件能夠在施加電信號作用下，實現電阻值的漸變。憶阻器能夠模擬神經突觸，最基本的依據是他們都有非線性電學性質，即利用憶阻器兩類電學性質（變化迥異的高、低兩種電阻狀態，來實現電阻緩變行為）應用于神經突觸的模擬中。但是，目前的仿生器件由于其神經仿生層材料和結構設計不合理導致器件在施加電壓時存在高低阻態之間轉換的連續性較差、連續性變化的電導性能差、器件的穩定性低的缺陷。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于SiO₂神經仿生層的神經仿生器件及其制備方法，以解決現有神經仿生器件存在施加電壓時存在高低阻態之間轉換連續性較差、器件穩定性差的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于SiO₂神經仿生層的神經仿生器件，包括Ag襯底、在所述Ag襯底上依次形成的神經仿生層和Ag電極層；所述神經仿生層從下而上依次包括：第一SiO₂膜層、Ag膜中間層、第二SiO₂膜層。