【技术实现步骤摘要】
一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器
本专利技术涉及一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，该忆阻器表现出基本的忆阻特性和模拟神经突触的多态累积效应，属于神经形态计算领域。
技术介绍
随着大数据时代的发展，传统的计算架构面临着各种挑战，包括散热问题、存储墙以及摩尔定律趋近极限尺寸，人们迫切需要一种能突破传统计算架构的硬件设备来满足高性能存储与计算的需求。新型的非线性元件——忆阻器，其阻值可随流经电荷而发生变化，最初，在1971年提出忆阻器的概念，到今天已经可以通过忆阻器阵列实现人工神经网络芯片，能效比现存GPU高两个数量级。这种具有非易失性，可实现高密度集成，高读写速度，并且具有非常低的功耗的新型元件，有望在高性能存储与神经形态计算上发挥重要作用。忆阻器根据其阻变层可分为氧化物、硫化物、二维材料、钙钛矿、有机物基，其中氧化物基忆阻器由于其组分易于调控，稳定性好，且与传统的CMOS工艺相兼容，被认为是当下发展高性能忆阻器的理想材料。忆阻器的忆阻机理主要有导电细丝型和界面型，其中导电细丝型又可分为热化学、电化学、氧离子空位迁移和氧化还原反应，界面型又可分为氧空位迁移和氧化还原反应，界面电子效应和铁电极化效应。目前对忆阻器的材料体系与忆阻机理的探索都属于快速发展阶段，然而忆阻器从器件制备到性能测试再到应用上仍存在着很多问题，如循环稳定性较差开关比等，在模拟突触功能时存在响应速度慢，功耗高等问题。如何根据需求，寻找合适的忆阻材料，完善相关制备工艺，制备出性能优异的器件，并深入理解其忆阻机理以实现忆阻器在类脑计算方面的应用具有重要意...
【技术保护点】
1.一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，整体结构由下至上依次包括底电极层、多孔缓冲层、氧化物层、顶电极层；其特征在于：所述底电极层为P型(100)高掺硅，电阻率<0.0015Ω*m；所述多孔缓冲层为羽毛状多孔Si/SiO
【技术特征摘要】
1.一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，整体结构由下至上依次包括底电极层、多孔缓冲层、氧化物层、顶电极层；其特征在于：所述底电极层为P型(100)高掺硅，电阻率<0.0015Ω*m；所述多孔缓冲层为羽毛状多孔Si/SiOx，羽片之间呈现规则的紧密插层排列，作为氧化物层的金属离子输运通道并为金属离子提供稳定的存储位点；所述氧化物层作为阻变功能层，在最初状态下氧化物层为绝缘体，当施加电压时，氧化物层中的金属离子如Li+、Na+、K+、Mg2+从氧化物层中脱出，使氧化物层由绝缘体变成半导体或导体，离子迁移并稳定的存储在多孔缓冲层内，实现器件从高阻态向低阻态的转变；当施加反向电压时，金属离子从多孔缓冲层中脱出，回嵌到氧化物层中，完成器件从低阻态向高阻态的转变；所述顶电极层为惰性金属Pt，厚度约80～100nm。
2.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：电压范围为2V-10V。
3.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：氧化物为钴酸镁MgCo2O4、钴酸锂LiCoO2、钴酸纳NaCoO2或钴酸钾KCoO2中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述Si/SiOx制备过程如下：以10vt.％的HF溶液作为电解液，P型(100)高掺硅作为阳极，Pt片作为阴极，设置电化学工作站为恒电流模式，根据电化学阳极氧化发生的条件限制，设置电流密度范围为：0.01mA/cm2～0.1mA/cm2，进行电化学阳极氧化；将注射泵调为抽取模式，根据设备的限制及所用电解液体积，设置抽取流速范围为：0.1ml/min～0.5ml/min，将注射泵的注射器吸管固定在电解槽中，电化学阳极氧化时间按照抽取进程为主，直至硅片完全脱离电解液界面。
5.根据权利要求4所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：对电化学阳极氧化结合提拉法的产物采用扫描电子显微镜SEM进行微结构形貌表征。
6.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述多孔缓冲层的单片羽毛宽30-100nm，长100-300nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述氧化物层采用磁控溅射系统进行沉积镀膜；所述顶电极层采用磁控溅射系统进行沉积镀膜。
8.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：进行忆阻行为的测试是基于Keithley吉时利4200半导体参数分析仪，测试流程如下：将底电极接地，对顶电极施加正向电压，在正向电压下，所述氧化层中的金属离子沿着电场...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄安平，张静静，高勤，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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