[發明專利]一種基于鈦酸鑭的鐵電憶阻器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202111369840.1
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114284430A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 陳星宇;張繆城;秦琦;戎煥煥;童祎
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 劉艷艷

本發明提出一種基于鈦酸鑭的鐵電憶阻器件及其制備方法，鐵電憶阻器件設置在襯底上，鐵電憶阻器件包括從下至上依次布設的底電極、阻變層和頂電極，所述底電極和頂電極的材質為TiN，所述阻變層的材質為La₂Ti₂O₇；所述阻變層的底面與所述底電極的頂面相接觸，所述阻變層的頂面與所述頂電極的底面相接觸；所述鐵電憶阻器件集成有1個區域的NJUPT字樣的單一器件、2個區域的長方形單一器件、3個區域的圓形單一器件、9個3×3憶阻器陣列、3個8×8憶阻器陣列、1個12×12憶阻器陣列。

技術領域

本發明屬于鐵電存儲技術領域，涉及一種基于鈦酸鑭的鐵電憶阻器件及其制備方法。

背景技術

憶阻器是一個與磁通量和電荷量相關的無源電路元件。早在1971年，蔡少棠教授便從理論上預言了憶阻器的存在，直到2008年，惠普實驗室首次制備了憶阻器器件，證實了蔡少棠教授有關憶阻器的學說。憶阻器具有非線性電學性質，并兼具結構簡單、易于集成、速度快、功耗低、能與CMOS電路兼容等優勢。

現如今，憶阻器已經發展為具有納秒級的開關速度，較低的能耗和較長的寫入/擦除耐力。由于在許多復雜的學習中人腦消耗的能量（約20W）要比最先進的計算機消耗的能量（約1MW）小得多，憶阻器用來模擬生物大腦中神經形態的計算可能會對下一代人工智能產生深遠影響。

鐵電憶阻器作為憶阻器家族的新成員，相比于傳統的氧化物憶阻器，具有更高的開關比，更穩定的閾值電壓以及更快的讀寫速度等其他的優點。

但是鐵電憶阻器作為類腦神經計算的新硬件實現方法，其模擬生物突觸功能的性質還亟待研究。同時，鐵電憶阻器的本身性能比較依賴沉積的鐵電薄膜的性質，所以探尋新的材料以及其適合的生長方法來提高鐵電憶阻器的器件性能也非常重要。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于鈦酸鑭(La₂Ti₂O₇)的鐵電憶阻器件及其制備方法。

在眾多的鐵電材料中，鈦酸鑭(La₂Ti₂O₇)中蘊含氧空位，鈦酸鑭在常溫下可以用射頻磁控濺射進行沉積，鐵電性能穩定，在多值存儲和類腦計算上有很大的潛力。

本發明采用的技術方案是：

第一方面，提供一種基于鈦酸鑭的鐵電憶阻器件，所述鐵電憶阻器件設置在襯底上，所述鐵電憶阻器件包括從下至上依次布設的底電極、阻變層和頂電極，所述底電極和頂電極的材質為TiN，所述阻變層的材質為La₂Ti₂O₇；所述阻變層的底面與所述底電極的頂面相接觸，所述阻變層的頂面與所述頂電極的底面相接觸，所述鐵電憶阻器件集成有1個區域的NJUPT字樣的單一器件、2個區域的長方形單一器件、3個區域的圓形單一器件、9個3×3憶阻器陣列、3個8×8憶阻器陣列、1個12×12憶阻器陣列。

在一些實施例中，所述底電極、頂電極的厚度為100nm，阻變層的厚度為20nm。

在一些實施例中，所述底電極、阻變層和頂電極相互平行。

進一步地，在一些實施例中，在NJUPT字樣的單一器件、長方形單一器件、圓形單一器件中，底電極、阻變層、頂電極豎直方向同中心軸設置。

在一些實施例中，在NJUPT字樣的單一器件、長方形單一器件、圓形單一器件中，所述底電極面積大于阻變層的面積。

進一步地，所述8×8憶阻器陣列包括一個第一8×8憶阻器陣列和兩個第二8×8憶阻器陣列；其中第一8×8憶阻器陣列位于中心位置，第一8×8憶阻器陣列的尺寸為60um。

在一些實施例中，3×3憶阻器陣列、8×8憶阻器陣列、12×12憶阻器陣列的底電極與頂電極水平方向上相互垂直設置。