[發(fā)明專利]一種基于模擬型阻變和閾值型阻變的堆疊憶阻器及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210057163.8
• 申請(qǐng)日: 2022-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114497117A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王中強(qiáng);卞景垚;陶冶;徐海陽(yáng);劉益春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/24
• 分類號(hào): H01L27/24;H01L45/00;G06N3/04;G06N3/063
• 代理公司: 遼寧鴻文知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21102
• 代理人: 王海波

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模擬型阻變和閾值型阻變的堆疊憶阻器及其制備方法，該堆疊憶阻器包括模擬型憶阻器和閾值型憶阻器，模擬型憶阻器包括頂電極Au、阻變層氧化鎢(WO_X)薄膜及底電極W；閾值型憶阻器包括頂電級(jí)W、阻變層銀摻雜卡膠(Ag:ι?car)薄膜及底電極Pt。該在堆疊憶阻器單個(gè)Au/氧化鎢/W/銀摻雜卡膠(Ag:ι?car)/Pt/Ti/SiO₂/Si憶阻器件中演示了人工神經(jīng)元的LIF行為，通過(guò)調(diào)整施加脈沖的間隔和幅值，實(shí)現(xiàn)了人工神經(jīng)元的全無(wú)尖峰、閾值驅(qū)動(dòng)、不應(yīng)期和頻率強(qiáng)度調(diào)制。同時(shí)，該人工神經(jīng)元電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功耗低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于模擬型阻變和閾值型阻變的堆疊憶阻器及其制備方法。

背景技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是一個(gè)非編程的自適應(yīng)、自組織和自學(xué)習(xí)的系統(tǒng)，按不同的連接方式組成不同的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督學(xué)習(xí)和無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)。通過(guò)ANN的計(jì)算處理信息能力，對(duì)人腦組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制的某種抽象、簡(jiǎn)化和模擬。為了在硬件中構(gòu)建ANN，開(kāi)發(fā)人工神經(jīng)元也是必要的。人工神經(jīng)元由兩個(gè)主要部分組成：整合部分和激發(fā)過(guò)程。一個(gè)閾值開(kāi)關(guān)TS裝置可以被用來(lái)完成激發(fā)動(dòng)作，而整合功能(或積累過(guò)程)通常是通過(guò)帶有一些電容和電阻的外圍電路實(shí)現(xiàn)的，這將導(dǎo)致整合過(guò)程電路較為復(fù)雜，功耗比較高。開(kāi)發(fā)一種具有閾值型(TS)型阻變和模擬型(ARS)阻變行為整體的憶阻設(shè)備能有效解決這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)，基于模擬型和閾值型阻變的堆疊憶阻器對(duì)神經(jīng)元的激發(fā)頻率作為調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)度頻率調(diào)制，可以為構(gòu)建更復(fù)雜的神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)硬件做基礎(chǔ)，進(jìn)而發(fā)展高密度的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們構(gòu)建了基于模擬型(ARS)阻變和閾值型(TS)阻變的堆疊憶阻器,在單個(gè)Au/氧化鎢/W/銀摻雜卡膠(Ag:ι-car)/Pt/Ti/SiO₂/Si憶阻器件中演示了人工神經(jīng)元的LIF行為，通過(guò)調(diào)整施加脈沖的間隔和幅值，實(shí)現(xiàn)了人工神經(jīng)元的全無(wú)尖峰、閾值驅(qū)動(dòng)、不應(yīng)期和頻率強(qiáng)度調(diào)制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于模擬型阻變和閾值型阻變的堆疊憶阻器及其制備方法，該的堆疊憶阻器在單個(gè)Au/氧化鎢(WO_X)/W/銀摻雜卡膠(Ag:ι-car)/Pt/Ti/SiO₂/Si憶阻器件上成功實(shí)現(xiàn)了人工神經(jīng)元的模擬，該人工神經(jīng)元電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功耗低。

本發(fā)明——一種基于模擬型阻變和閾值型阻變的堆疊憶阻器，包括模擬型憶阻器和閾值型憶阻器，模擬型憶阻器包括頂電極Au、阻變層氧化鎢(WO_X)薄膜及底電極W；閾值型憶阻器包括頂電級(jí)W、阻變層銀摻雜卡膠(Ag:ι-car)薄膜及底電極Pt。

上述模擬型憶阻器底電極W及閾值型憶阻器頂電極W為共同電極，該電極為惰性金屬電極。

上述模擬型憶阻器頂電極Au為惰性金屬電極，為Au點(diǎn)電極，金屬掩膜版孔徑約為100～200μm，沉積電極厚度約為50～80nm。

上述閾值型憶阻器底電極Pt為惰性金屬電極，為Pt層，沉積電極厚度約為90～100nm。

上述模擬型憶阻器阻變層氧化鎢(WO_X)薄膜由磁控濺射生長(zhǎng)，其厚度為80nm～100nm。

上述閾值型憶阻器阻變層銀摻雜卡膠(Ag:ι-car)薄膜由勻膠機(jī)旋涂方法制備，旋涂層數(shù)為5層，其厚度為80nm～100nm。

本發(fā)明的一種基于模擬型阻變和閾值型阻變的堆疊憶阻器的制備方法，包括如下步驟：

①利用磁控濺射的方法生長(zhǎng)Pt，生長(zhǎng)條件是1Pa壓強(qiáng)，調(diào)節(jié)功率為100W，生長(zhǎng)時(shí)間為20-25分鐘，將Pt襯底依次用三氯乙烯、丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗8～15分鐘，用氮?dú)獯蹈桑?/p>

②利用勻膠機(jī)旋涂制備卡拉膠摻銀溶液(Ag:ι-car≈1:8)，旋涂條件是低速500轉(zhuǎn)/分，10s；高速3000轉(zhuǎn)/分，20s；