[發明專利]一種低功耗卟啉鋅憶阻器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110775166.0
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113506851B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 明建宇;陳雨婷;姚鴻巍;解令海;凌海峰
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H10N70/20
• 分類號: H10N70/20;C23C14/12;C23C14/18;C23C14/24;C23C16/40;C23C16/455;C23C28/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 盧霞

本發明公開了一種低功耗卟啉鋅憶阻器及其制備方法，所述卟啉鋅憶阻器從下至上依次包括底電極、有機阻變層、無機阻變層、頂電極，所述有機阻變層為小分子卟啉鋅，所述底電極為氧化銦錫，所述頂電極為金屬鋁，其特征在于，所述無機阻變層為厚度6～10nm的非化學計量比氧化鋁薄膜，所述非化學計量比氧化鋁薄膜中氧原子和鋁原子的數量比值即氧鋁比為1.2～1.3。所述無機阻變層為采用熱原子層沉積薄膜制備所得的非化學計量比氧化鋁。本發明通過引入熱原子層沉積工藝手段，獲得了高質量可控的非化學計量比氧化鋁薄膜，改進了有機憶阻器的開關功耗及穩定性，使其在擁有生物突觸響應的同時，具有線性度良好的突觸權重更新過程。

技術領域

本發明屬于有機光電材料和神經形態硬件領域，尤其涉及一種低功耗卟啉鋅憶阻器及其制備方法。

背景技術

當今以實時語音、圖像、神經信號等非結構化數據為主的大數據時代亟需具有更強大算力的計算體系與計算單元，從而研究開發具有類腦特性(高度并行、功耗低、高密度)的神經形態硬件成為了未來計算研究的基礎。而具有可重構的依賴于操作歷史的電阻切換行為的兩端憶阻器所能夠模擬生物突觸的突觸功能，是用于構建神經形態計算的模擬類神經網絡的最有前景的技術之一。與傳統電存儲式的數字類阻變器件的兩級電阻態(高阻態和低阻態)不同，為了模擬突觸功能，通常需要模擬類憶阻器的多級開關特性，因為此類開關特性被證明能在相同連續脈沖中獲得多級權重，高線性度增強和抑制過程以及更低的操作功耗。

近年來，以有機材料為主的有機憶阻器為神經形態硬件提供了多功能化、柔性化、輕質化的選擇，正成為最具潛力的人工神經網絡核心元件技術方案。但相比于傳統無機憶阻器，運行串擾、寫入噪聲、壽命短阻礙了有機憶阻器的陣列化發展。故將有機材料與無機材料的優勢同時結合成為了許多課題組的研究目標，如合成有機-無機雜化聚合物材料(ACS?Nano,2011,5,3469-3474)、利用有機材料結構特點(Advanced?Science2020,7(8):1902864)等來結合有機材料與無機材料的優勢，但是這些方法存在工藝復雜，開發周期長等缺點。雖然已經存在針對有機-無機界面進行簡單堆垛的設計(Advanced?ElectronicMaterials?2016,2(2))，其較高的功耗水平無法滿足低功耗運行的神經形態硬件的需求。

申請公布號為CN106601909A的專利文件中公開了一種有機憶阻器，其無機阻變層采用低真空蒸鍍原位方法形成，直接蒸發金屬鋁得到，雖然通過這種方式可以一定程度上降低無機阻變層的氧鋁比，但這種調控方式獲得無機阻變層中的氧鋁比是不確定的，同一批次生產的器件，其無機阻變層薄膜中的鋁氧比不同，造成器件性能的不穩定。且這種制備方式獲得的無機阻變層鋁氧比過低，是因為在真空熱蒸鍍的方式下沉積的氧化鋁薄膜，在其沉積過程中能夠控制的因素僅有沉積的時長與速率，即沉積薄膜的厚度，無法采用其他方式主動調控氧化鋁中的氧含量與鋁含量，而對于這種原位生長的氧化鋁薄膜，其本質是蒸發金屬鋁，鋁厚度上升到一定時，其薄膜就會變為金屬鋁層，因此這種方法難以固定無機阻變層的具體組分與比例，制備的器件的開關均勻性較差且功耗較高。

發明內容

針對現有有機憶阻器存在的上述技術問題，仍需要設計針對有機材料與無機材料的搭配策略，以實現具有多級開關特性的低功耗模擬類憶阻器進行類突觸塑性模擬應用；本發明提出一種性能穩定的低功耗卟啉鋅有機憶阻器且提供了相應的制備方法，制備出具有有機-無機界面調控模擬類憶阻器，所述有機憶阻器結構易于設計，性能穩定，擁有多電壓范圍的穩定開關特性，可應用于突觸塑性功能模擬。

第一方面，本發明提供了一種低功耗卟啉鋅憶阻器，包括四層結構，從上至下依次包括頂電極、無機阻變層、有機阻變層，底電極；所述阻變層用于實現多級開關特性。

其中，所述頂電極材料為金屬鋁，用于與地相連。

其中，所述有機阻變層材料為卟啉鋅，作為離子傳輸層；