一种神经突触仿生器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于人工神经技术领域，具体为一种神经突触仿生器件及其制备方法。本发明专利技术的神经突触仿生器件包括衬底、位于衬底之上的底电极、位于底电极之上的阻变功能层、以及位于阻变功能层之上的顶电极；其中，所述电阻转变层包括上下两层氧化层、以及位于上下两层之间的金属纳米颗粒。本发明专利技术釆用柔性材料作衬底，突破了目前有关神经突触仿生器件的研究集中于硅基的忆阻器的局面，可在柔性电子设备中获得应用。在神经突触仿生器件的制备中，采用低温原子层淀积工艺生长氧化层，能够降低热预算，并能够保证器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于人工神经
，具体涉及，尤其涉及一种基于柔性忆阻器(Memristor)的神经突触仿生器件及其制备方法。
技术介绍
人工智能计算机是一种能够动态发展、具备自主学习能力、更加接近人类大脑的计算机，其与传统计算机的构建思路不同。但到目前为止，绝大多数人工智能计算机的研究都集中在软件层面，这些软件最终的运算还是要由传统计算机用0和1来完成，本质上，它们依然没有摆脱传统计算机结构的束缚。IBM公司利用蓝色基因超级计算机来模拟猫的大脑皮层认知功能，其使用了 147，456个处理器，需消耗超过2兆瓦的电力，能耗巨大。神经突触是人脑学习和记忆的基础，因此对突触的模拟是实现人工智能的重要步骤。在以往的研究中，模拟一个神经突触就需要多个晶体管和电容，而人的大脑中神经突触的数量多达1014个，不仅功耗巨大，而且严重影响集成密度。忆阻器的电导能够随流经电荷量而发生连续变化并且其变化能够在断电之后保持，这一特性与神经突触的非线性传输特性非常相似。利用忆阻器作为神经形态电路中的神经突触有很大的应用前景。柔性存储器件由于具有轻便、可弯曲等特点而受到广泛关注。目前有关神经突触仿生器件的研究大多集中于硅基的忆阻器，而基于柔性衬底的忆阻器神经突触仿生器件的研究几乎没有。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供，使得仿生芯片的功耗控制在要求的范围内，密度能与真实的大脑相媲美。本专利技术利用忆阻器模拟神经突触的学习记忆功能，开发出一种能够用作神经突触仿生器件的新的材料体系，且用作神经突触仿生器件的忆阻器是基于柔性衬底的，突破了目前有关神经突触仿生器件的研究集中于硅基的忆阻器的局面，有望在柔性电子设备中获得应用。本专利技术提供的神经突触仿生器件，包括:衬底、位于衬底之上的底电极层、位于底电极层之上的阻变功能层、位于阻变功能层之上的顶部电极层，所述电阻转变层包括上下两层氧化层、以及位于上下两层氧化层之间的金属纳米颗粒。本专利技术中，衬底可以为本领域常用衬底，如玻璃衬底、蓝宝石衬底、石英衬底、塑料衬底、硅衬底等。优选为，所述衬底由柔性材料构成。作为优选，所述衬底例如是由聚乙烯对苯二酸脂(PET)、聚酰亚胺、硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇脂、硅树脂等有机聚合物材料或者金属陶瓷材料形成。作为优选，所述氧化层为Ti02、Ta205、A1203、ZnO、Hf02等二元金属化合物形成。作为优选，所述金属纳米颗粒为Ag、Au、Pt等金属。作为优选，所述金属纳米颗粒的尺寸为40~80nm。本专利技术提供的神经突触仿生器件的制备方法，具体步骤包括:衬底上形成底电极；在底电极上形成阻变功能层；以及在阻变功能层上形成顶电极。其中，形成所述组变功能层的步骤包括:形成下层氧化层；在下层氧化层上形成金属纳米颗粒；以及在金属纳米颗粒上形成上层氧化层。本专利技术中，所述衬底可以为本领域常用衬底，如玻璃衬底、蓝宝石衬底、石英衬底、塑料衬底、硅衬底等。优选为，所述衬底为柔性材料。作为优选，所述衬底选自聚乙烯对苯二酸脂(PET)、聚酰亚胺、硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇脂、硅树脂等有机聚合物材料，或者金属陶瓷材料。作为优选，所述氧化层为Ti02、Ta205、A1203、ZnO、Hf02中的一种，或其中几种的组入口 ο作为优选，所述金属纳米颗粒材料为Ag、Au或Pt。作为优选，所述形成氧化层采用低温原子层淀积工艺。作为优选，所述形成金属纳米颗粒采用旋涂的方法。专利技术效果 根据本专利技术，可以为构建神经网络提供小尺寸、低功耗的基本单元。釆用柔性材料作衬底，突破了目前有关神经突触仿生器件的研究集中于硅基的忆阻器的局面，可在柔性电子设备中获得应用。此外，采用低温原子层淀积工艺生长氧化层，原子层淀积技术具有薄膜均匀性好，沉积厚度精确可控等优点，能降低热预算的同时，保证了器件性能，使得存储在电荷陷阱层的电荷信息不会严重泄漏。【附图说明】图1是形成底电极后的示意图。图2是形成下层氧化层后的示意图。图3是形成金属纳米颗粒后的示意图。图4是形成上层氧化层后的示意图。图5是进行光刻工艺后形成的刻蚀图形的示意图。图6是形成顶电极后的示意图。图7是形成神经突触仿生器件的流程图。图8是形成阻变功能层的流程图。【具体实施方式】下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括其它特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。以下，根据所附附图针对本专利技术所涉及的神经突触仿生器件的实施方式的一例进行说明。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种神经突触仿生器件。在图6中示出了该神经突触仿生器件的结构，包括衬底101、位于衬底之上的底电极层102、位于底电极层102之上的阻变功能层103、以及位于阻变功能层之上的顶部电极层105。所述电阻转变层包括上层氧化层1001和下层氧化层1003，以及位于上下两层之间的金属纳米颗粒1002。优选为，衬底101为柔性衬底。更为优选为，衬底101由聚乙烯对苯二酸脂(PET)、聚酰亚胺、硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇脂、硅树脂等有机聚合物材料或者金属陶瓷材料形成。优选为，底电极102为ΙΤ0，顶电极105由TaN、TiN等材料形成。优选为氧化层1001和1003由Ti02、Ta205、A1203、ZnO、Hf02等二元金属化合物形成。优选为，所述金属纳米颗粒1002是Ag、Au、Pt等金属。优选为，金属纳米颗粒的尺寸为40~80nm。根据本专利技术的另一实施例，提供了一种神经突触仿生器件的制备方法。以下按照图7中所示的制造神经突触仿生当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种神经突触仿生器件，包括衬底、位于衬底之上的底电极、位于底电极之上的阻变功能层，以及位于阻变功能层之上的顶电极，其特征在于，所述电阻转变层包括上下两层氧化层、以及位于上下两层氧化层之间的金属纳米颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，孙清清，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31