一种基于柔性衬底的感存算器件及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于柔性衬底的感存算器件及制备方法，包括在柔性衬底上形成并列设置的两个电极，以及形成连接于两个电极之间的功能层，功能层包括连接于两个电极之间的金属氧化物纳米线。本发明专利技术通过采用常温化学方法制备基于柔性衬底和金属氧化物纳米线的感存算器件，在物理形态上与生物系统更加兼容，同时避免了柔性衬底在高温条件下容易变形的问题，可以适用于新型可穿戴系统，具有制备方法简便，工艺可与低温的CMOS工艺相兼容，器件电学特性测试简便等优点，有望未来在可穿戴感存算器件制造中获得应用。器件制造中获得应用。器件制造中获得应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性衬底的感存算器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路工艺
，尤其涉及一种基于柔性衬底的感存算器件及制备方法。

技术介绍

[0002]随着数据量的不断增加，传统基于冯
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诺依曼架构的感知系统，在信息处理能力和能源效率等方面遇到了瓶颈。此外，基于硅衬底的刚性器件在物理形态上与生物体的兼容性较差，无法适应未来智能可穿戴电子系统的发展趋势。人的记忆主要存储于神经元之间的突触之中，在人的大脑中神经突触的数量多达10
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个，基于传统的CMOS晶体管及电容结构难以物理实现。
[0003]近年来，基于柔性衬底的人工突触器件得到了进一步的发展，使得器件在物理形态上与生物系统更加兼容，可以适用于新型可穿戴系统。柔性电子技术的突破和纳米技术的发展，使性能优越、结构简单的柔性衬底神经突触器件的制备成为可能。
[0004]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着很大的应用前景。而基于例如氧化铜纳米线所构建的神经突触器件能够完成器件级模拟大脑突触的连接，氧化铜纳米线本身可应用于气体传感，将氧化铜纳米线所构建的忆阻器与柔性衬底相结合，能够实现轻便、可弯曲等特点的感存算一体神经突触器件。
[0005]但是，柔性衬底在高温条件下容易变形收缩，使得其与CMOS传统工艺无法兼容。而在氧化铜纳米线的制备中，常常需要较高的温度条件，因此在柔性衬底上难以使用常规方法制备氧化铜纳米线，并进一步制备感存算一体的人工神经突触器件。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于柔性衬底的感存算器件及制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供一种基于柔性衬底的感存算器件，包括：
[0009]柔性衬底；
[0010]并列设于所述衬底上的两个电极；
[0011]连接于两个所述电极之间的功能层；
[0012]其中，所述功能层包括连接于两个所述电极之间的金属氧化物纳米线。
[0013]进一步地，所述功能层还包括形成于两个所述电极的相对侧壁表面上的所述电极金属的氧化物层，所述电极金属的氧化物层连接所述金属氧化物纳米线。
[0014]进一步地，所述电极金属包括铜，所述金属氧化物纳米线包括氧化铜纳米线。
[0015]进一步地，两个所述电极的下表面上分设有下粘附及阻挡层，两个所述电极的相对侧壁之间和两个所述下粘附及阻挡层的相对侧壁之间形成沟槽，所述金属氧化物纳米线
位于所述沟槽中，并桥接于两个所述电极的相对侧壁之间。
[0016]进一步地，两个所述电极的上表面上分设有上粘附及阻挡层，两个所述上粘附及阻挡层之间形成将所述功能层与外部相通的窗口。
[0017]本专利技术还提供一种基于柔性衬底的感存算器件制备方法，包括：
[0018]提供柔性衬底；
[0019]在所述衬底上形成两个并列设置的下粘附及阻挡层；
[0020]在两个所述下粘附及阻挡层上各形成一个电极，使得在两个所述电极的相对侧壁之间和两个所述下粘附及阻挡层的相对侧壁之间形成沟槽；
[0021]在两个所述电极上各形成一个上粘附及阻挡层，从而在两个所述上粘附及阻挡层之间的所述电极上形成与所述沟槽相通的窗口；
[0022]在所述沟槽中形成连接于两个所述电极之间的功能层；其中，所述功能层包括形成于两个所述电极的相对侧壁表面上的电极金属的氧化物层，和连接于所述氧化物层之间的金属氧化物纳米线。
[0023]进一步地，所述电极金属为铜，所述氧化物层为氧化铜层，所述金属氧化物纳米线为氧化铜纳米线。
[0024]进一步地，所述在所述沟槽中形成连接于两个所述电极之间的功能层，具体包括：
[0025]室温下，将硫代甘油加入醋酸铜水溶液中，并搅拌，形成混合溶液；
[0026]将氢氧化钠水溶液倒入所述混合溶液中，并在添加水后继续搅拌，得到含有氧化铜纳米线的悬浮液；
[0027]将所述悬浮液滴至所述沟槽中，并进行烘干，在两个所述电极的相对侧壁表面上形成氧化铜层，使烘干后的氧化铜纳米线与氧化铜层相融合，形成连接于两个所述电极之间的功能层。
[0028]进一步地，所述烘干温度低于等于100℃。
[0029]进一步地，使用紫外光刻和物理气相沉积技术，形成所述下粘附及阻挡层、所述电极和所述上粘附及阻挡层。
[0030]本专利技术具有以下优点：
[0031](1)基于柔性衬底的人工神经突触器件(感存算器件)在物理形态上与生物系统更加兼容，可以适用于新型可穿戴系统。
[0032](2)采用常温化学方法来制备CuO纳米线，制备完成后将悬浮液滴在器件上，完成制备，避免了柔性衬底在高温条件下容易变形的问题。
[0033](3)器件制备方法简便，工艺可与低温的CMOS工艺相兼容。
[0034](4)氧化铜纳米线本身可应用于气体传感，将CuO纳米线和忆阻器相结合，实现基于器件感应的存算一体器件，并有望未来在可穿戴感存算器件制造中获得应用。
[0035](5)基于光刻工艺制备器件，可精确控制器件尺寸。
[0036](6)器件电学特性测试简便。
附图说明
[0037]图1为本专利技术一较佳实施例的一种基于柔性衬底的感存算器件的结构示意图；
[0038]图2为本专利技术一较佳实施例的一种基于柔性衬底的感存算器件制备方法流程图；
[0039]图3
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图8为本专利技术一较佳实施例的根据图2的方法制备一种基于柔性衬底的感存算器件的工艺步骤示意图。
具体实施方式
[0040]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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作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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0041]基于硅衬底的刚性器件，在物理形态上与生物体的兼容性较差，无法适应未来智能可穿戴电子系统的发展趋势。而基于柔性衬底的人工突触器件是发展下一代低功耗与高生物兼容性的仿生感知系统的新方向。常见的柔性衬底主要有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等，它们都属于半结晶热塑性聚合物。PET和PEN作为柔性衬底展现了固有的良好透明性，较好的力学性能，较高的阻隔氧气和水汽渗透压性能等。但它们都不耐高温，温度上升时，PET和PEN本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性衬底的感存算器件，其特征在于，包括：柔性衬底；并列设于所述衬底上的两个电极；连接于两个所述电极之间的功能层；其中，所述功能层包括连接于两个所述电极之间的金属氧化物纳米线。2.根据权利要求1所述的基于柔性衬底的感存算器件，其特征在于，所述功能层还包括形成于两个所述电极的相对侧壁表面上的所述电极金属的氧化物层，所述电极金属的氧化物层连接所述金属氧化物纳米线。3.根据权利要求2所述的基于柔性衬底的感存算器件，其特征在于，所述电极金属包括铜，所述金属氧化物纳米线包括氧化铜纳米线。4.根据权利要求1所述的基于柔性衬底的感存算器件，其特征在于，两个所述电极的下表面上分设有下粘附及阻挡层，两个所述电极的相对侧壁之间和两个所述下粘附及阻挡层的相对侧壁之间形成沟槽，所述金属氧化物纳米线位于所述沟槽中，并桥接于两个所述电极的相对侧壁之间。5.根据权利要求1所述的基于柔性衬底的感存算器件，其特征在于，两个所述电极的上表面上分设有上粘附及阻挡层，两个所述上粘附及阻挡层之间形成将所述功能层与外部相通的窗口。6.一种基于柔性衬底的感存算器件制备方法，其特征在于，包括：提供柔性衬底；在所述衬底上形成两个并列设置的下粘附及阻挡层；在两个所述下粘附及阻挡层上各形成一个电极，使得在两个所述电极的相对侧壁之间和两个所述下粘附及阻挡层的相对侧壁之间形成沟槽；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雅芬，何振宇，王天宇，孟佳琳，张卫，
申请(专利权)人：上海集成电路制造创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：