[發明專利]一種易失性與非易失性共存的憶阻器件及制備方法及備選制備方法

在審

• 申請號: 202010139009.6
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111192957A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 沈心怡;周瑾;陸立群;連曉娟;童祎;萬相
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 張玉紅

本發明提供一種易失性與非易失性共存的憶阻器件及制備方法及備選制備方法，所述憶阻器件設置在襯底上，所述憶阻器件從上之下依次為保護層、上導電電極、中間功能層和下導電電極，所述保護層和上導電電極的形狀和尺寸一一匹配，所述中間功能層和下導電電極的形狀和尺寸一一匹配，所述中間功能層包括介質層和敷設在介質層上方的MXene材料膜，所述上導電電極通過掩膜板的開孔濺射在MXene材料膜的頂部，所述下導電電極的頂部、底部分別與中間功能層、襯底相接觸，具有模擬生物突觸的基本功能，對于低功耗系統的實現具有重要意義，制備方法簡單高效、材料成本低、功耗低。

技術領域

本發明涉及類腦器件技術領域，尤其涉及一種易失性與非易失性共存的憶阻器件及制備方法及備選制備方法。

背景技術

人腦以其并行處理方式、低功耗等特點，在處理大規模數據和圖片識別等復雜問題上具有目前計算機系統無法比擬的優勢。

由此應運而生的憶阻器，是旨在突破存算分離的馮諾依曼體系架構限制的一種新型的二端口非線性無源電子器件。憶阻器是阻值可隨通過的電流量變化而變化的納米級器件，其工作機制天然模擬生物神經突觸，并可以實現從器件級到系統級的存算一體模式，即同時進行存儲和計算，能夠大大提高計算機處理復雜問題的速度，實現低功耗系統，是突觸仿生的最佳選擇。

易失性與非易失性是阻變器件中的兩種重要行為，非易失性的器件能夠根據歷史操作而維持內部電阻狀態，作為存儲單元。而易失性的器件在撤去外部激勵后會在很短的時間內回復到此前的狀態，此前通常傾向于被用作選擇器。與此同時，作為電子突觸，STP和LTP的實現是基于易失性和非易失性開關特征的。因此，能在一個器件中實現易失性與非易失性的共存，不僅有助于提升阻變器件應用的靈活性，也是實現電子突觸的必要要求。

然而，器件功耗仍然是制約電子突觸應用于大規模類腦計算系統的阻礙。雖然與傳統的CMOS器件相比，阻變器件已經具有較大的功耗優勢，工作在納安級電流和低工作電壓的器件對于低功耗系統的實現具有重要意義。

MXene（過渡金屬碳化物），是一種新型的二維材料。該材料從Ti₃AlC₂中通過氫氟酸將Al刻蝕而得到，類似于石墨烯，其具有層狀結構，優異的導電性等性能，對于降低器件功耗具有重要意義，目前該材料在電子器件方面應用較少。

發明內容

本發明的目的是提供一種易失性與非易失性共存的憶阻器件及制備方法及備選制備方法，在傳統的MIM結構中引入了新型二維材料MXene。該器件在小限流下表現出易失性行為，適合多種應用場景；而在大限流下表現出非易失性行為，具有良好的數據保持能力且在500μA限流下顯示出多阻態的量子特性。具有模擬生物突觸的基本功能，對于低功耗系統的實現具有重要意義；此外，制備方法簡單高效、材料成本低、功耗低。

本發明提供一種易失性與非易失性共存的憶阻器件，所述憶阻器件設置在襯底上，所述憶阻器件從上之下依次為保護層、上導電電極、中間功能層和下導電電極，所述保護層和上導電電極的形狀和尺寸一一匹配，所述中間功能層和下導電電極的形狀和尺寸一一匹配，所述中間功能層包括介質層和敷設在介質層上方的MXene材料膜，所述上導電電極通過掩膜板的開孔濺射在MXene材料膜的頂部，所述下導電電極的頂部、底部分別與中間功能層、襯底相接觸。

進一步改進在于：所述介質層為二氧化硅層，所述介質層的厚度為80nm。

進一步改進在于：所述保護層的材質為鋁、鉬、鈮、銅、金、鈀、鉑、鉭、釕、氧化釕、銀、氮化鉭、氮化鈦、鎢、氮化鎢中的一種，所述保護層的厚度為80nm。

進一步改進在于：所述上導電電極的材質為鋁、鉬、鈮、銅、金、鈀、鉑、鉭、釕、氧化釕、銀、氮化鉭、氮化鈦、鎢、氮化鎢中不同于保護層1的一種，所述上導電電極的厚度為100nm。