具有多级存储功能的突触忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有多级存储功能的突触忆阻器，包括绝缘衬底、形成在绝缘衬底上的第一电极层、形成在第一电极层上的第一阻变层、形成在第一阻变层上的第二阻变层、形成在第二阻变层上的第二电极层、以及形成在第二电极层上的保护层，第一阻变层的材料为氧化铝，第二阻变层的材料为氧化锌，以实现全阻态范围的多级变化。该忆阻器功耗小、工作电压小，工作电压的绝对值小于1V，阻值变化范围更大，所存储的数据量更大且能够实现在全阻态范围的多级变化；采用纯溶液法制备，操作简单方便，成本低，设备和和原料投资较少可用于大面积制备，实现大规模工业应用；实现了类人脑突触器件的多级存储功能，展示了该器件作为神经网络组成部分的重要潜能。的重要潜能。的重要潜能。

【技术实现步骤摘要】
具有多级存储功能的突触忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有多级存储功能的突触忆阻器及其制备方法，属于微电子


技术介绍

[0002]作为最具有潜力的非易失性存储器之一的忆阻器(RRAM)，因其优异的性能已经收到越来越广泛的关注于研究。由于其低压、高速、低功耗、多阻变的特点，忆阻器被认为是最具有潜力的可应用于人工智能神经网络的器件之一，其可变化的多重阻态可以被用来模拟人脑中神经突触的功能，并开发出具有类人脑突触的具有多级存储功能的电子器件。但是目前忆阻器的多级阻态仅仅体现在较高阻态范围，且阻值变化范围很小，需要的工作电压相对较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种工作电压小、且能够实现在全阻态范围的多级变化的具有多级存储功能的突触忆阻器。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种具有多级存储功能的突触忆阻器，包括绝缘衬底、形成在所述绝缘衬底上的第一电极层、形成在所述第一电极层上的第一阻变层、形成在所述第一阻变层上的第二阻变层、形成在所述第二阻变层上的第二电极层、以及形成在所述第二电极层上的保护层，所述第一阻变层的材料为氧化铝，所述第二阻变层的材料为氧化锌，以实现全阻态范围的多级变化。
[0005]进一步地，所述第二电极层包括若干个间距排布的顶电极，所述顶电极的厚度为20
‑
60nm，直径为0.05
‑
0.15mm。
[0006]进一步地，所述顶电极的材料为金属银、金属铜或金；所述保护层的材料为金属铝或金属钛。
[0007]进一步地，所述第一电极层的材料为金属铂或氧化铟锡，所述第一电极层的厚度为50
‑
150nm。
[0008]进一步地，所述绝缘衬底为单层透明玻璃或三层结构，所述三层结构为自上至下依次叠层设置的钛层、二氧化硅层和硅层。
[0009]本专利技术还提供一种具有多级存储功能的突触忆阻器的制备方法，所述制备方法用以制备如上所述的具有多级存储功能的突触忆阻器，所述制备方法包括：
[0010]S1、提供具有第一电极层的绝缘衬底，并对所述其进行清洗和亲水处理；
[0011]S2、利用水溶液法，在所述第一电极层上制备第一阻变层；
[0012]S3、利用水溶液法，在所述第一阻变层上制备第二阻变层；
[0013]S4、在所述第二阻变层上制备第二电极层；
[0014]S5、在所述第二电极层上制备保护层，得到具有多级存储功能的突触忆阻器。
[0015]进一步地，所述第一阻变层的具体制备步骤为：在20℃
‑
30℃环境下制备氧化铝前
驱体溶液，在室温环境下静置5
‑
10min后，将所述氧化铝前驱体溶液滴于所述第一电极层上；以2000
‑
5000rpm的速度在空气中旋涂10
‑
60s；在250
‑
350℃的温度下退火。
[0016]进一步地，所述第二阻变层的具体制备步骤为：在20℃
‑
30℃环境下制备氧化锌前驱体溶液，在室温环境下静置5
‑
10min后，将所述氧化锌前驱体溶液滴于所述第一阻变层上；以2000
‑
5000rpm的速度在空气中旋涂10
‑
60s；在250
‑
350℃的温度下退火。
[0017]进一步地，所述第二电极层和保护层采用蒸发镀膜法制备得到。
[0018]进一步地，在所述第一阻变层上制备第二阻变层之前，所述制备方法还包括对所述第一阻变层进行亲水处理。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]1)本专利技术得到的忆阻器功耗小、工作电压小，工作电压的绝对值小于1V，阻值变化范围更大，所存储的数据量更大且能够实现在全阻态范围的多级变化；
[0021]2)采用纯溶液法制备，操作简单方便，成本低，设备和和原料投资较少可用于大面积制备，实现大规模工业应用；
[0022]3)实现了类人脑突触器件的多级存储功能，展示了该器件作为神经网络组成部分的重要潜能。
[0023]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0024]图1为本专利技术一实施例所示所示的具有多级存储功能的突触忆阻器的结构示意图；
[0025]图2为图1中所示的具有多级存储功能的突触忆阻器多级存储阻变特性示意图。
具体实施方式
[0026]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0027]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0028]请参见图1，本专利技术一实施例所示的具有多级存储功能的突触忆阻器，其包括绝缘衬底、形成在绝缘衬底上的第一电极层、形成在第一电极层上的第一阻变层、形成在第一阻变层上的第二阻变层、形成在第二阻变层上的第二电极层、以及形成在第二电极层上的保护层，第一阻变层的材料为氧化铝，第二阻变层的材料为氧化锌，以实现全阻态范围的多级变化。但是第一阻变层的材料还可以为其他氧化物，第二阻变层还可以为其他宽禁带氧化物材料，在此不一一列举。
[0029]绝缘衬底为单层透明玻璃或三层结构，其中，三层结构为自上至下依次叠层设置的钛层、二氧化硅层和硅层。关于绝缘衬底的材料在此不做具体限定，还可以其他材料，在此不一一列举，可根据实际需要选择合适的绝缘衬底。
[0030]第一电极层的材料为金属铂或氧化铟锡，第一电极层的厚度为50
‑
150nm。本实施
例中，第一电极层由氧化铟锡制备得到，厚度为100nm。第一电极层的材料还可以其其他导电材料。
[0031]绝缘衬底和第一电极层可一体形成基底，该基底提前制备好，可直接使用，但也可由蒸发镀膜法等方法在绝缘衬底制备第一电极层而得到。关于在基底上制备第一电极的具体制备方法为现有技术，在此不再赘述。
[0032]其中，第二电极层包括若干个间距排布的顶电极，在一较佳实施例中，若干个顶电极可等间距排布，两个顶电极之间的间距可根据实际需要进行设置。顶电极为圆柱形结构，在不仅限于此，其还可为其他结构，在此不一样列举。顶电极的材料为金属银、金属铜或金，但不仅限于此，顶电极还可以为其他导电材料，在此不一一列举。顶电极的厚度为20
‑
60nm，直径为0.05
‑
0.15mm。本实施例中，顶电极由金属银制备得到，厚度为40nm，直径为0.1mm。使用单质金属或单质金属化合物材料作为第二电极层，替代了传统的氧化物材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多级存储功能的突触忆阻器，其特征在于，包括绝缘衬底、形成在所述绝缘衬底上的第一电极层、形成在所述第一电极层上的第一阻变层、形成在所述第一阻变层上的第二阻变层、形成在所述第二阻变层上的第二电极层、以及形成在所述第二电极层上的保护层，所述第一阻变层的材料为氧化铝，所述第二阻变层的材料为氧化锌，以实现全阻态范围的多级变化。2.如权利要求1所述的具有多级存储功能的突触忆阻器，其特征在于，所述第二电极层包括若干个间距排布的顶电极，所述顶电极的厚度为20
‑
60nm，直径为0.05
‑
0.15mm。3.如权利要求1所述的具有多级存储功能的突触忆阻器，其特征在于，所述顶电极的材料为金属银、金属铜或金；所述保护层的材料为金属铝或金属钛。4.如权利要求1所述的具有多级存储功能的突触忆阻器，其特征在于，所述第一电极层的材料为金属铂或氧化铟锡，所述第一电极层的厚度为50
‑
150nm。5.如权利要求1所述的具有多级存储功能的突触忆阻器，其特征在于，所述绝缘衬底为单层透明玻璃或三层结构，所述三层结构为自上至下依次叠层设置的钛层、二氧化硅层和硅层。6.一种具有多级存储功能的突触忆阻器的制备方法，其特征在于，所述制备方法用以制备如权利要求1
‑
5项中任一项所述的具有多级存储功能的突触忆阻器，所述制备方法包括：S1、提供具有第一电极层的绝缘衬底，并对所述其进行清洗和亲水处理；S2、利用水溶液法，在所述第一电极层上制备第一阻变层；S3、利用水溶液法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈棕杰，赵春，赵策洲，刘伊娜，杨莉，
申请(专利权)人：西交利物浦大学，
类型：发明
国别省市：