阻变器件及其制备方法、设计方法技术

一种阻变器件及其制备方法、设计方法，该阻变器件包括第一电极、第二电极、阻变层和至少一层热电调制层。所述阻变层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述热电调制层与所述阻变层相邻。所述阻变器件可在第一状态和第二状态之间转换，所述阻变层在所述第一状态时的电阻小于在所述第二状态时的电阻，所述热电调制层的有效电阻大于所述阻变层在所述第一状态时的电阻的1/4。该阻变器件在置位和/或复位过程中具有电导‑脉冲线性区间，有利于提高应用该阻变器件的神经网络的计算精度，有助于实现类脑计算硬件系统。

Rheostat device and its preparation and design

【技术实现步骤摘要】
阻变器件及其制备方法、设计方法
本公开的实施例涉及一种阻变器件及其制备方法、设计方法。
技术介绍
随着人工神经网络的发展，由金属氧化物型阻变器件构成的交叉阵列的结构在神经网络的硬件实现上有重要的作用和意义。阻变器件通常包括薄膜材料，这些薄膜材料具有不同的电阻状态，并且能够在一定的电压作用下在不同的电阻状态之间转换。
技术实现思路
本公开至少一个实施例提供一种阻变器件，包括：第一电极；第二电极；阻变层，设置在所述第一电极和所述第二电极之间；至少一层热电调制层，所述热电调制层与所述阻变层相邻；其中，所述阻变器件可在第一状态和第二状态之间转换，所述阻变层在所述第一状态时的电阻小于在所述第二状态时的电阻，所述热电调制层的有效电阻大于所述阻变层在所述第一状态时的电阻的1/4。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述热电调制层的有效电阻小于所述阻变层在所述第一状态时的电阻的5倍。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述热电调制层的电阻率为0.1mΩ·cm-10Ω·cm。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述热电调制层的热导率小于所述第一电极和所述第二电极的热导率。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述热电调制层的热导率为0.01W·m-1·K-1-20W·m-1·K-1。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述热电调制层的材料包括缺氧的金属氧化物、相变材料或二维材料。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述缺氧的金属氧化物包括AlOx、HfOx、SiOx、TiOx、TaOx或WOx；所述相变材料包括Ge2Sb2Te5；所述二维材料包括石墨烯。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述热电调制层的厚度为10nm-1000nm。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述至少一层热电调制层包括第一热电调制层和第二热电调制层，所述阻变层夹置在所述第一热电调制层和所述第二热电调制层之间，所述热电调制层的有效电阻等于所述第一热电调制层的有效电阻和所述第二热电调制层的有效电阻之和。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件还包括基底，其中，所述第一电极、所述阻变层、所述热电调制层和所述第二电极依序设置在所述基底上，或者，所述第一电极、所述热电调制层、所述阻变层和所述第二电极依序设置在所述基底上。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述第一电极和/或所述第二电极的材料包括Ti、Al、Ni、Ag、Au、W、Cu、Pt、Pd或TiN。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述第一电极和/或所述第二电极的厚度为10nm-1000nm。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述阻变层的材料包括过渡金属氧化物或过渡金属氧化物的混合物。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述过渡金属氧化物包括AlOx、TaOx、HfOx、SiOx、TiOx或WOx；所述过渡金属氧化物的混合物包括HfAlyOx或HfTiyOx。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述阻变层的厚度为1nm-100nm。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件中，所述阻变器件在置位和/或复位过程中具有电导-脉冲线性区间。本公开至少一个实施例还提供一种阻变器件，包括：第一电极；第二电极；阻变层，设置在所述第一电极和所述第二电极之间；至少一层热电调制层，所述热电调制层与所述阻变层相邻；其中，所述阻变器件可在第一状态和第二状态之间转换，所述阻变层在所述第一状态时的电阻小于在所述第二状态时的电阻，所述热电调制层使得所述阻变器件在置位和/或复位过程中具有电导-脉冲线性区间。本公开至少一个实施例还提供一种阻变器件的制备方法，包括：在基底上形成第一电极；在所述第一电极上形成第一材料层；在所述第一材料层上形成第二材料层；在所述第二材料层上形成第二电极；其中，所述第一材料层为阻变层且所述第二材料层为热电调制层，或者，所述第一材料层为所述热电调制层且所述第二材料层为所述阻变层；所述阻变器件可在第一状态和第二状态之间转换，所述阻变层在所述第一状态时的电阻小于在所述第二状态时的电阻，所述热电调制层的有效电阻大于所述阻变层在所述第一状态时的电阻的1/4。本公开至少一个实施例还提供一种阻变器件的制备方法，其中，所述阻变器件包括至少一层热电调制层，所述至少一层热电调制层包括第一热电调制层和第二热电调制层，所述制备方法包括：在基底上形成第一电极；在所述第一电极上形成所述第一热电调制层；在所述第一热电调制层上形成阻变层；在所述阻变层上形成所述第二热电调制层；在所述第二热电调制层上形成第二电极；其中，所述阻变器件可在第一状态和第二状态之间转换，所述阻变层在所述第一状态时的电阻小于在所述第二状态时的电阻，所述第一热电调制层的有效电阻和所述第二热电调制层的有效电阻之和大于所述阻变层在所述第一状态时的电阻的1/4。本公开至少一个实施例还提供一种阻变器件的设计方法，所述阻变器件包括第一电极、第二电极、阻变层和至少一层热电调制层，所述阻变器件可在第一状态和第二状态之间转换，所述阻变层在所述第一状态时的电阻小于在所述第二状态时的电阻，所述热电调制层的有效电阻大于所述阻变层在所述第一状态时的电阻的1/4，所述设计方法包括：测试得到所述阻变层在所述第一状态下的电阻；根据所述阻变层在所述第一状态下的电阻得到所述阻变层中导电细丝的细丝间隙的初始长度；根据施加的脉冲得到所述细丝间隙的长度的变化量，以获得所述阻变层的电导的变化量；根据所述电导随所述脉冲线性变化的关系得到所述脉冲的变化量；根据所述热电调制层和所述阻变层的分压关系，得到所述热电调制层的有效电阻的范围；根据所述热电调制层的有效电阻与厚度的关系以及所述热电调制层的有效面积，得到所述热电调制层的电阻率；根据所述热电调制层的电阻率选择用于制备所述热电调制层的材料。例如，在本公开一实施例提供的阻变器件的设计方法中，根据所述热电调制层的电阻率选择用于制备所述热电调制层的材料，包括：计算所述阻变层内的电势分布以及电流分布；根据所述电流分布以及假设的边界条件，获得所述阻变层中的温度分布；根据所述阻变层中每个格点的电压以及温度，计算相应格点的氧空位生成概率；根据蒙特卡罗方法，得到下一次的氧空位分布；根据所述氧空位分布得到所述电导的变化；根据所述电导随所述脉冲的线性变化关系得到所述热电调制层的热导率；根据所述热电调制层的热导率和电阻率选择用于制备所述热电调制层的材料。附图说明为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。图1为本公开一实施例提供的一种阻变器件的剖面示意图；图2为本公开一实施例提供的另一种阻变器件的剖面示意图；图3为一种阻变器件的阻变过程的示意图；图4为一种阻变器件的电导-脉冲特性的示意图；图5为不同电阻率的热电调制层对细丝间隙的电场强度随脉冲个数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻变器件，包括：/n第一电极；/n第二电极；/n阻变层，设置在所述第一电极和所述第二电极之间；/n至少一层热电调制层，所述热电调制层与所述阻变层相邻；/n其中，所述阻变器件可在第一状态和第二状态之间转换，所述阻变层在所述第一状态时的电阻小于在所述第二状态时的电阻，所述热电调制层的有效电阻大于所述阻变层在所述第一状态时的电阻的1/4。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻变器件，包括：
第一电极；
第二电极；
阻变层，设置在所述第一电极和所述第二电极之间；
至少一层热电调制层，所述热电调制层与所述阻变层相邻；
其中，所述阻变器件可在第一状态和第二状态之间转换，所述阻变层在所述第一状态时的电阻小于在所述第二状态时的电阻，所述热电调制层的有效电阻大于所述阻变层在所述第一状态时的电阻的1/4。


2.根据权利要求1所述的阻变器件，其中，所述热电调制层的有效电阻小于所述阻变层在所述第一状态时的电阻的5倍。


3.根据权利要求1所述的阻变器件，其中，所述热电调制层的电阻率为0.1mΩ·cm-10Ω·cm。


4.根据权利要求1所述的阻变器件，其中，所述热电调制层的热导率为0.01W·m-1·K-1-20W·m-1·K-1。


5.根据权利要求1所述的阻变器件，其中，所述至少一层热电调制层包括第一热电调制层和第二热电调制层，所述阻变层夹置在所述第一热电调制层和所述第二热电调制层之间，
所述热电调制层的有效电阻等于所述第一热电调制层的有效电阻和所述第二热电调制层的有效电阻之和。


6.根据权利要求1所述的阻变器件，其中，所述阻变器件在置位和/或复位过程中具有电导-脉冲线性区间。


7.一种阻变器件，包括：
第一电极；
第二电极；
阻变层，设置在所述第一电极和所述第二电极之间；
至少一层热电调制层，所述热电调制层与所述阻变层相邻；
其中，所述阻变器件可在第一状态和第二状态之间转换，所述阻变层在所述第一状态时的电阻小于在所述第二状态时的电阻，所述热电调制层使得所述阻变器件在置位和/或复位过程中具有电导-脉冲线性区间。


8.一种阻变器件的制备方法，包括：
在基底上形成第一电极；
在所述第一电极上形成第一材料层；
在所述第一材料层上形成第二材料层；
在所述第二材料层上形成第二电极；
其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华强，吴威，高滨，钱鹤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11