[發明專利]一種兼具易失性與非易失性的CuxO憶阻器及其調控方法

有效

• 申請號: 202011185655.2
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112289930B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 孫華軍;王濤;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明屬于微電子器件技術領域，公開了一種兼具易失性與非易失性的Cu_xO憶阻器及其調控方法，該包括自下而上堆疊的下電極層(4)、功能層(3)以及上電極層(1)，其中，功能層(3)為Cu_xO功能層，x滿足1.8x2，功能層是沉積在絕緣層內的，具體是通過在絕緣層內刻蝕通孔，再沉積功能層使功能層接觸下電極層；上電極層則沉積在功能層之上。本發明通過對憶阻器關鍵的結構、組成進行改進，以Cu_xO為功能層，1.8x2，化學配比接近Cu₂O，能夠得到兼備易失性與非易失性的Cu_xO憶阻器，該Cu_xO憶阻器基于Cu空位調制，可以通過簡單的限制電流誘導Cu空位構建突觸和導電絲，實現易失性和非易失性。

技術領域

本發明屬于微電子器件技術領域，更具體地，涉及一種兼具易失性與非易失性的Cu_xO憶阻器及其調控方法，該憶阻器能夠通過限制電流誘導 Cu空位形成團簇和導電絲，實現器件易失性與非易失性轉變，可用于神經形態計算及人工突觸實現。

背景技術

易失的閾值轉變(TS)和非易失的阻變(MS)是憶阻器對電壓的兩種典型響應，非易失的阻變行為可以應用在數據存儲、突觸模擬等場景，易失的閾值轉變行為因其非線性的阻值變化則被用在電路開關和模擬神經元中；在目前研究火熱的人工神經網絡構建中，同時依賴到憶阻器的易失性和非易失性，如果能在同一種憶阻器件中實現易失性與非易失性對于電路的設計簡化以及工業化生產有極大的意義。

南京郵電大學沈心怡等人(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，CN202010139009.6)公開了一種易失性與非易失性共存的憶阻器及制備方法及備選制備方法，主要通過在其氧化物介質層SiO₂上濺射鍍上一層MXene膜構成中間功能層，選取活性電極Ag作為上電極，使用半徑小、活性強的Ag構建導電細絲。在外部限流調控下，該器件可以在小限流表現出易失性，在大限流下表現出非易失性，該器件具有模擬生物突觸的基本功能。但由于二維材料Mxene的參與，使得該器件與CMOS工藝難以兼容，由于制備過程中的旋涂工藝，器件間的差異性不利于器件的大規模制造，并且該器件在窗口比例、循環特性上都有不足；另外華中科技大學李祎等人(一種易失和非易失電阻轉變行為可調控的憶阻器及其制備方法，CN201811340222.2)公開了一種易失和非易失電阻轉變行為可調控憶阻器及其制備方法，通過選擇離子遷移率不同的兩種材料作為疊層功能層，采用活性電極Cu、Ag和Ni等作為上電極，利用活性金屬離子在兩種功能層之間的遷移率差，調節疊層功能層的厚度比，實現器件的易失性與非易失性轉變，該器件無需改變器件的成分，與CMOS工藝兼容。但該器件實現調控需要改變器件的結構，而非同一器件。在部分文獻中還提到了在功能層中摻雜活性金屬，以達到器件的易失性與非易失性轉變，但由于摻雜工藝可能會引入雜質離子，且工藝復雜，不利于成本控制。另外很多文獻中研究了基于Cu₂O功能層的憶阻器的非易失性，但關于 Cu₂O憶阻器的易失性少有提及。因此研究一種制備工藝更為簡單、調控更為容易、性能更為優異的易失性與非易失性兼具的器件對于神經網絡、非馮架構、突觸實現具有巨大意義。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種兼具易失性與非易失性的Cu_xO憶阻器及其調控方法，其中通過對憶阻器關鍵的結構、組成進行改進，以Cu_xO為功能層，x滿足1.8x2，化學配比接近Cu₂O，能夠得到兼備易失性與非易失性的Cu_xO憶阻器；該Cu_xO憶阻器基于Cu空位調制，可以通過簡單的限制電流誘導Cu空位構建突觸和導電絲，實現易失性和非易失性，無需改變器件結構和組成，器件的一致性、可重復性非常好，開關比大，且與CMOS工藝相兼容，在神經網絡、非馮架構、突觸實現等方面有很大應用潛力。