多铁隧道结忆阻器及其制作方法技术

本申请公开一种多铁隧道结忆阻器及其制作方法，所述多铁隧道结忆阻器包括衬底以及在其上进行堆叠的第一电极、势垒层、第二电极和第一接触电极，其中，第一电极为条状电极，第一接触电极为带状电极，第一接触电极的延伸方向与第一电极的延伸方向垂直，构成crossbar结构；所述势垒层为铁电材料，所述第一电极和第二电极是铁磁材料，铁电材料和铁磁材料形成多铁隧道结。本申请提供的多铁隧道结忆阻器不仅具有忆阻特性，而且由于多铁隧道结中有磁电耦合效应，通过改变第二电极和第一电极的磁矩相对取向，可以调制铁电翻转动力学行为及相关的忆阻塑性特征，使得多铁隧道结忆阻器还具有塑性特征可调的功能。

【技术实现步骤摘要】
多铁隧道结忆阻器及其制作方法
本专利技术涉及存储器
，尤其涉及一种多铁隧道结忆阻器及其制作方法。
技术介绍
在人脑中，信息在神经元网络中的传递、储存和处理是通过突触连接进行的。神经元响应外界刺激，会产生被称为“动作电位”的信号输出至突触，而突触响应神经元信号，调节神经元间的连接强度即突触的权重，这被称为突触的可塑性。如果持续地刺激，突触的权重表现出连续的变化。另外，在神经突触中，突触形态的改变，还会导致不同的塑性特征，反映为突触响应神经元活动的灵敏度的不同。突触的权重可塑性及可调的塑性特征在人脑学习和记忆方面有重要作用。为理解和应用人脑高效的学习和记忆模式，科学家们致力于类脑计算系统的构建，其中就包括开发模拟突触的人工电子器件。忆阻器具有电阻连续可调的特性，与突触的权重可连续变化的运作方式类似，从而被认为是模拟突触塑性特征的理想电子器件。现有的忆阻器是在Pt/TiO2+δ/Pt电容器中，通过施加电场驱动TiO2+δ层中的氧离子迁移，从而实现了连续可调的电阻变化。此后，研究者相继提出基于不同阻变机理的忆阻器，包括磁隧道结忆阻器、铁电隧道结忆阻器、相变忆阻器等等。但是，以上忆阻器大多数仅能模拟一种塑性特征的突触权重变化，不具备塑性特征可调的特性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种多铁隧道结忆阻器及其制作方法，以解决现有技术中忆阻器不具备塑性特征可调的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多铁隧道结忆阻器，包括：衬底；位于所述衬底上的第一电极，所述第一电极为条状电极；位于所述第一电极上的势垒层，所述势垒层覆盖所述第一电极的中间部分，并暴露出所述第一电极的端部；位于所述势垒层上的第二电极；与所述第二电极电性接触的第一接触电极，所述第一接触电极为带状电极，所述第一接触电极的延伸方向与所述第一电极的延伸方向相互垂直，形成交叉结构；其中，第一电极和第二电极均为铁磁材质，所述势垒层为铁电材质。优选的，所述第一电极和所述第二电极的材料相同。优选的，所述第一电极材料为：La1-xSrxMnO3、La1-xCaxMnO3、Fe3O4，或Fe、Co、Ni及其合金中的任意一种，其中0＜x＜1。优选的，所述势垒层材质为BaTiO3、BiFeO3、PbZr1-xTixO3、LiTaO3、LiNbO3或掺杂HfO2中的任意一种，其中0＜x＜1。优选的，所述第一电极和所述第二电极的材料不同。优选的，所述第一电极的材料为：La1-xSrxMnO3、La1-xCaxMnO3、Fe3O4，或Fe、Co、Ni及其合金中的任意一种，其中0＜x＜1；所述第二电极的材料为：La1-xSrxMnO3、La1-xCaxMnO3、Fe3O4，或Fe、Co、Ni及其合金中的任意一种，其中0＜x＜1。优选的，所述第一电极和所述第二电极的厚度范围为大于或等于3nm。本专利技术还提供一种多铁隧道结忆阻器制作方法，包括：提供衬底；在衬底上依次形成第一电极层、势垒层和第二电极层；刻蚀所述第一电极层、所述势垒层、所述第二电极层暴露所述第一电极层，形成第一电极和隧道结；在所述隧道结顶部生长第一接触电极层；刻蚀所述第一接触电极层形成第一接触电极，所述第一接触电极的延伸方向与所述第一电极的延伸方向相互垂直，形成交叉结构。优选的，所述刻蚀所述第一电极层、所述势垒层、所述第二电极层暴露第一电极层，形成隧道结，具体采用微纳加工技术完成；所述微纳加工技术包括：紫外光刻、电子束光刻或离子束刻蚀。经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的多铁隧道结忆阻器，包括衬底以及在其上进行堆叠的第一电极、势垒层、第二电极和第一接触电极，其中，第一电极为条状电极，第一接触电极为带状电极，第一接触电极的延伸方向与第一电极的延伸方向垂直，构成crossbar结构，即交叉结构；所述势垒层为铁电材料，所述第一电极和第二电极是铁磁材料，铁电材料和铁磁材料形成多铁隧道结。由于多铁隧道结具有磁电耦合效应，一方面，铁电层具有可被电场极化翻转的非易失铁电极化，其铁电畴的翻转动力学行为可用于非易失且连续地调节隧道结的电阻，利用电场调控铁电畴的成核与长大，产生铁电极化场效应，使界面处发生电荷、自旋、轨道重构，实现对电阻的连续调控，使器件获得忆阻功能；另一方面，通过改变铁磁电极的相对磁化方向，可以得到不同的铁电翻转动力学行为和塑性特征，在器件中实现塑性特征可调的功能，为模拟突触中可调控的塑性行为特征以及设计功能更加强大的人工突触器件提供有效的途径。另外，本专利技术还提供一种多铁隧道结忆阻器的制作方法，用于形成上面所述的塑性特征可调的多铁隧道结忆阻器，从而使得多铁隧道结忆阻器具有塑性特征可调的特性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种多铁隧道结忆阻器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的势垒层与第一电极界面附近锰离子价态及钛离子含量随距离下界面位置的变化图；图3为本专利技术实施例提供的势垒层与第二电极界面附近锰离子价态及钛离子含量随距离上界面位置的变化图；图4为本实施例中提供的铁磁电极的磁矩方向为平行态时的电阻随脉冲电压的曲线图；图5为本实施例中提供的铁磁电极的磁矩方向为反平行态时的电阻随脉冲电压的曲线图；图6为本实施例中提供的施加的一种电压脉冲序列图；图7为实施例在铁磁电极磁矩方向为平行态和反平行态时分别在图6冲序列下的电阻随电压脉冲数的连续变化图；图8为本实施例中提供的施加的另一种电压脉冲序列图；图9为实施例在铁磁电极磁矩方向为平行态和反平行态时分别在图8脉冲序列下的电阻随电压脉冲数的连续变化图；图10为模拟神经突触中前后神经元动作电位脉冲电压示意图；图11为图10中的动作电位的叠加后的脉冲波形图；图12为本实施例中在铁磁电极磁矩相对方向为平行态和反平行态时的脉冲时序依赖塑性图；图13为本专利技术实施例提供一种多铁隧道结忆阻器的制备方法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种多铁隧道结忆阻器结构示意图；所述多铁隧道结忆阻器包括：衬底1；位于所述衬底1上的第一电极2，所述第一电极2为条状电极；位于所述第一电极2上的势垒层3，所述势垒层3覆盖所述第一电极1的中间部分，并暴露出所述第一电极1的端部；位于所述势垒层3上的第二电极4；与所述第二电极4电性接触的第一接触电极5，所述第一接触电极5为带状电极，所述第一接触电极5的延伸方向与所述第一电极2的延伸方向相互垂直；其中，第一电极2和第二电极4均为铁磁材质，所述势垒层3为铁电材质。需要说明的是，本实施例中第一电极和第二电极的铁磁层的厚度在大于3nm的时候才能在实验中观察到铁磁性，因此，在本专利技术的一个实施例中，第一电极和第二电极的厚度大于或等于3nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多铁隧道结忆阻器，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的第一电极，所述第一电极为条状电极；位于所述第一电极上的势垒层，所述势垒层覆盖所述第一电极的中间部分，并暴露出所述第一电极的端部；位于所述势垒层上的第二电极；与所述第二电极电性接触的第一接触电极，所述第一接触电极为带状电极，所述第一接触电极的延伸方向与所述第一电极的延伸方向相互垂直，形成交叉结构；其中，第一电极和第二电极均为铁磁材质，所述势垒层为铁电材质。

【技术特征摘要】
1.一种多铁隧道结忆阻器，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的第一电极，所述第一电极为条状电极；位于所述第一电极上的势垒层，所述势垒层覆盖所述第一电极的中间部分，并暴露出所述第一电极的端部；位于所述势垒层上的第二电极；与所述第二电极电性接触的第一接触电极，所述第一接触电极为带状电极，所述第一接触电极的延伸方向与所述第一电极的延伸方向相互垂直，形成交叉结构；其中，第一电极和第二电极均为铁磁材质，所述势垒层为铁电材质。2.根据权利要求1所述的多铁隧道结忆阻器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料相同。3.根据权利要求2所述的多铁隧道结忆阻器，其特征在于，所述第一电极材料为：La1-xSrxMnO3、La1-xCaxMnO3、Fe3O4，或Fe、Co、Ni及其合金中的任意一种，其中0＜x＜1。4.根据权利要求1所述的多铁隧道结忆阻器，其特征在于，所述势垒层材质为BaTiO3、BiFeO3、PbZr1-xTixO3、LiTaO3、LiNbO3或掺杂HfO2中的任意一种，其中0＜x＜1。5.根据权利要求1所述的多铁隧道结忆阻器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料不同。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟川，罗振，殷月伟，李晓光，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34