本发明专利技术公开了一种基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件，包括Pt/Ti/SiO2/Si衬底、在所述Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜上依次形成的神经仿生层和Ag电极层；所述神经仿生层从下而上依次包括：TiO2膜层、第一TiO2和Ag混合膜层、第二TiO2和Ag混合膜层、第三TiO2和Ag混合膜层。同时，本发明专利技术还公开了该神经仿生器件的制备方法。本发明专利技术所制备的器件的两端分别为突触前刺激和突触后刺激，能根据突触前刺激和突触后刺激的时间差而改变电阻，能够模仿生物突触的特性，在施加不同电脉冲的刺激下改变其电阻的阻值，其高低阻态会发生缓慢变化，且范围稳定；在重复施加电脉冲刺激的情况下，能够记住改变的状态，高低阻转化的重复性高，是一种性能更为稳定、应用前景更为广阔的神经仿生器件。
One based on TiO
The invention discloses a method based on TiO
【技术实现步骤摘要】
一种基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件及其制备方法
本专利技术涉及微电子器件
，具体地说是一种基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件及其制备方法。
技术介绍
在信息
，减小存储单元的面积是发展当前数据存储技术的一个主要驱动力。但是，在未来15到20年之内，当前的存储技术将达到其物理极限，难以再进一步发展。为了促使存储技术的持续发展，需要找到一种新的发展方向。其一种可能的发展方向是从生物学仿生而来的认知存储，它不像当前的存储器只有数据存储这种单一功能，而是像人的记忆一样丰富多彩，能够实现数据存储、信息处理以及最重要的认知功能，如可适应、学习、具有洞察力、新知识的构建等等。这种认知存储的功能作为驱动力的数据存储技术需要利用具有认知功能的器件搭建人工神经网络，因此，开发认知存储器这种具有认知功能的微电子器件，就是目前行业内研究的热点。在认知存储器中，用作构建人工神经网络的电子突触器件，是最基本的一种认知存储器。电子突触器件如同神经突触，是不同神经元之间的连接，具有用以表征神经元之间连接强度的突触权重，并且在不同的刺激下，突触权重能进行相应的改变，从而实现学习和记忆的功能。然而，在神经网络当中，神经突触数目庞大，需要减小电子突触器件的面积和功耗，才有可能构建具有一定规模、一定认知功能的神经网络。近年来，人们通过大量实验和测试，发现忆阻器这种新型的电子元器件具有类似优良的特性，其中忆阻器的记忆功能和可操控性和生物体神经突触有很高的相似性。人类大脑中存在1011-1014个神经元，而连接这些神经元的突触数量则高达1015。神经突触由三部分组成：突触前膜、突触后膜以及两膜间的窄缝——突触间隙，其间距通常为20-40nm。在电信号刺激下，携带传递信息的神经递质由突触前神经元通过突触间隙单向传输到突触后神经元。因此，突触前后膜类似于忆阻器的两端金属电极，而突触间隙类似于忆阻器的介质层，其厚度约为数十纳米。突触可塑性是生物体神经突触的最基本特性，突触会随着神经元之间连接强度的强弱动态的刺激或抑制信号，使得信号保持连续变化。这就要求器件能够在施加电信号作用下，实现电阻值的渐变。忆阻器能够模拟神经突触，最基本的依据是他们都有非线性电学性质，即利用忆阻器两类电学性质（变化迥异的高、低两种电阻状态，来实现电阻缓变行为）应用于神经突触的模拟中。但是，目前的仿生器件由于其采用的神经仿生层材料和结构设计不合理导致器件在施加电压时存在高低阻态之间转换连续性较差、器件的稳定度较低以及电阻改变的重复性较低的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件及其制备方法，以解决现有神经仿生器件存在施加电压时存在高低阻态之间转换连续性较差、器件稳定性较差等问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件，包括Pt/Ti/SiO2/Si衬底、在所述Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜上依次形成的神经仿生层和Ag电极层；所述神经仿生层从下而上依次包括：TiO2膜层、第一TiO2和Ag混合膜层、第二TiO2和Ag混合膜层、第三TiO2和Ag混合膜层；所述第一TiO2和Ag混合膜层中TiO2和Ag的体积比为9:1，所述第二TiO2和Ag混合膜层中TiO2和Ag的体积比为7:3，所述第三TiO2和Ag混合膜层中TiO2和Ag的体积比为6:4。所述TiO2膜层的膜厚为5-7nm，6所述第一TiO2和Ag混合膜层的膜厚为6-9nm、7所述第二TiO2和Ag混合膜层的膜厚为6-9nm、7所述第三TiO2和Ag混合膜层的膜厚为6-9nm。7所述神经仿生层的厚度为23-34nm。所述Ag电极层为均匀分布在所述神经仿生层上的若干圆形电极；所述Ag电极层的厚度为50-200nm；所述神经仿生层采用磁控溅射的方法制备而成，所述第一TiO2和Ag混合膜层、第二TiO2和Ag混合膜层和第三TiO2和Ag混合膜层采用磁控共溅射的方法制备而成。本专利技术还提供了一种基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件的制备方法，包括以下步骤：（a）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中分别用超声波清洗，然后取出用N2吹干；（b）将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底固定到磁控溅射设备腔体的衬底台上，并将腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa；（c）在腔体内的两个靶台上分别放置TiO2靶材和Ag靶材，向腔体内通入Ar和O2，调整接口阀使腔体内的压强维持在1-6Pa，用挡板挡住Pt/Ti/SiO2/Si衬底，打开控制二氧化钛靶材起辉的射频源，调整射频源功率为220-270W，使TiO2靶材起辉，预溅射8-15min；打开控制Ag靶材起辉的直流电源，调整直流电源的功率0.01-1W，使Ag靶材起辉，预溅射5-8min；（d）预溅射完毕后，关闭控制Ag靶材起辉的直流电源，用挡板挡住Ag靶材，移去Pt/Ti/SiO2/Si衬底前的挡板，TiO2靶材开始正式溅射，溅射时间为5-7min，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜上生长TiO2膜层，得TiO2膜层；（e）形成TiO2膜层后，用挡板挡住Pt/Ti/SiO2/Si衬底，打开控制Ag靶材起辉的直流电源，调整直流电源功率为0.2-0.3W，预溅射8-10min，移去Pt/Ti/SiO2/Si衬底前的挡板和Ag靶材前的挡板，使TiO2靶材和Ag靶材共溅射6-9min，控制其TiO2靶材和Ag靶材的共溅射体积比为9:1，得第一TiO2和Ag混合膜层；（f）用挡板挡住Pt/Ti/SiO2/Si衬底，调节控制Ag靶材起辉的直流电源的功率升至1-1.4W，使TiO2靶材和Ag靶材共溅射6-9min，控制其TiO2靶材和Ag靶材的共溅射体积比为7:3，得第二TiO2和Ag混合膜层；（g）用挡板挡住Pt/Ti/SiO2/Si衬底，调节控制Ag靶材起辉的直流电源的功率升至2-2.5W，使TiO2靶材和Ag靶材共溅射6-9min，控制其TiO2靶材和Ag靶材的共溅射体积比为6:4，得第三TiO2和Ag混合膜层；（h）在形成第三TiO2和Ag混合膜层后关闭射频源和直流电源，泄压后打开磁控溅射腔体，在生长有神经仿生层的Pt/Ti/SiO2/Si衬底上放置掩膜版，将磁控溅射设备腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa；向腔体内通入流量为20-30sccm的Ar，调整接口阀使腔体内的压强维持在1-6Pa，打开控制Ag靶材起辉的直流源，调整直流源功率为8-11W，使Ag靶材起辉，预溅射4-6min；开始正式溅射6-10min，在第三TiO2和Ag混合膜层上形成Ag电极层。步骤（c）中所述Ar和O2的通入流量比为60-90sccm:40-60sccm。步骤（d）中控制TiO2膜层的膜厚为5-7nm；步骤（e）中控制第一TiO2和Ag混合膜层的膜厚为5-7nm；步骤（f）中控制第二TiO2和Ag混合膜层的膜厚为6-9nm；步骤（g）中控制第三TiO2和Ag混合膜层的膜厚为6-9nm。步骤（h）所述的掩膜版上均布有直径为80-120μm的圆形孔。步骤（h）所述Ag电极层为均匀分布在所述神经仿生层上的厚度为50-200nm的若干圆形电极。本专利技术提供的神经仿生器件设计为Pt/本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于TiO
【技术特征摘要】
1.一种基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件，其特征在于，包括Pt/Ti/SiO2/Si衬底、在所述Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜上依次形成的神经仿生层和Ag电极层；所述神经仿生层从下而上依次包括：TiO2膜层、第一TiO2和Ag混合膜层、第二TiO2和Ag混合膜层、第三TiO2和Ag混合膜层；所述第一TiO2和Ag混合膜层中TiO2和Ag的体积比为9:1，所述第二TiO2和Ag混合膜层中TiO2和Ag的体积比为7:3，所述第三TiO2和Ag混合膜层中TiO2和Ag的体积比为6:4。2.根据权利要求1所述的基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件，其特征在于，所述TiO2膜层的膜厚为5-7nm，所述第一TiO2和Ag混合膜层的膜厚为6-9nm、所述第二TiO2和Ag混合膜层的膜厚为6-9nm、所述第三TiO2和Ag混合膜层的膜厚为6-9nm。3.根据权利要求1或2所述的基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件，其特征在于，所述神经仿生层的厚度为23-34nm。4.根据权利要求1或2所述的基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件，其特征在于，所述神经仿生层采用磁控溅射的方法制备而成，所述第一TiO2和Ag混合膜层、第二TiO2和Ag混合膜层和第三TiO2和Ag混合膜层采用磁控共溅射的方法制备而成。5.根据权利要求4所述的基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件，其特征在于，所述Ag电极层的厚度为50-200nm。6.一种基于TiO2神经仿生层的神经仿生器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（a）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中分别用超声波清洗，然后取出用N2吹干；（b）将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底固定到磁控溅射设备腔体的衬底台上，并将腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa；（c）在腔体内的两个靶台上分别放置TiO2靶材和Ag靶材，向腔体内通入Ar和O2，调整接口阀使腔体内的压强维持在1-6Pa，用挡板挡住Pt/Ti/SiO2/Si衬底，打开控制二氧化钛靶材起辉的射频源，调整射频源功率为220-270W，使TiO2靶材起辉，预溅射8-15min；打开控制Ag靶材起辉的直流电源，调整直流电源的功率0.01-1W，使Ag靶材起辉，预溅射5-8min；（d）预溅射完毕后，用挡板挡住Ag靶材，移去Pt/Ti/SiO2/S...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫小兵，赵建辉，张磊，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13
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