一种柔性感存算一体存储器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种柔性感存算一体存储器及其制备方法。该柔性感存算一体存储器包括以下步骤：在第一金属织物表面形成铁电存储功能层；在第二金属织物表面形成光电探测功能层；将具有光电探测功能层的第二金属织物采用经纬交织的方式与具有铁电存储功能层的第一金属织物进行交叉自组装，构建多端信号同步传入与处理的网络节点结构，用于构建柔性感存算一体化的神经计算网络与系统。体化的神经计算网络与系统。体化的神经计算网络与系统。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性感存算一体存储器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种柔性感存算一体存储器及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的计算机芯片均基于冯诺依曼式架构，不仅导致了计算处理设备面临着存储器件单元与计算器件单元分离、功耗增大的问题，而且需要额外的信息探测芯片实现不同信号的采集，不同工作单元间的信息交互需要进行信号的转换处理。现存的感知、存储与计算分离的器件架构极大程度降低了电子设备的即时处理能力，难以满足日益增加的高效计算需求。人脑是一种高效的存算一体系统，每个神经突触单元都可以同时实现权重更迭和存储功能，从而保障大脑的高效信息处理功能。特别是通过人眼视觉系统的集成，可以即时完成信息的采集、处理与存储，其处理效率远远大于现有的芯片设备。受到人脑工作模式的启发，开发具有感知、存储与计算功能的感存算一体化存储器对于发展高效率、低功耗的智能计算系统具有重要意义。
[0003]构建具有感知、存储与计算功能的神经形态器件通常需要基于单个独立的器件完成多种功能，用以实现芯片效率的改善和提高。虽然独立的神经形态器件在感存算一体的应用方面展现出巨大潜力，但仍然仅能对简单的神经突触功能模拟，难以实现神经网络的功能调控，也难以同时处理多通道信息。因此，需要设计具有多通道的神经形态器件结构，在实现单个器件的感存算功能基础上，构建多器件的交互调控以及多通道的信号集成与处理，用以实现神经网络的错综交互的信号处理模式。
[0004]铁电存储器件是一类具有高耐久、高可靠性能的动态随机存取芯片，在受到电压激励时发生极化翻转，从而实现数据的存储。然而，传统的铁电存储器基于的锆钛酸铅、钽酸锶铋等钙钛矿型铁电材料，面临着环境污染问题，并且难以与CMOS工艺兼容。新兴的铪基材料具有优异的CMOS工艺兼容性，可以采用原子层沉积等集成电路工艺进行生长和掺杂，配合快速热退火处理以实现极化翻转功能，在铁电存储方面展现出巨大潜力。通过利用铪基铁电存储器实现神经形态存算一体功能，在构建存算一体芯片方面具有极大应用可能。然而，铪基铁电存储器难以实现对光信号的感知探测，限制了其实现感存算一体化的集成。需要引入外接电路和数模转换器等模块从而保证系统具有感知功能，带来了额外的功耗与延迟。因此，开发具有感存算一体化功能的铪基铁电存储器具有重要实用价值。
[0005]柔性电子作为一类极具发展潜力的电子器件，具有质轻、成本低、耐冲击、抗弯折、使用场景灵活等优势。然而，受限于铪基铁电工艺过程中难以避免的退火步骤以及柔性衬底的耐温极限，铪基铁电存储器难以制备在传统柔性衬底上，限制了其应用于可穿戴设备的可能。金属织物作为一种新型的柔性基底，可以与金属耐受同等级别的高温制备工艺，保证了铪基铁电薄膜可以直接在其表面制备与退火，对于开发柔性感存算一体存储器具有关键意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术设计一种基于织物基底的柔性感存算一体化存储器，利用的原子层沉积技术在金属织物上制备铁电存储功能层，并设计了具有半导体纳米管的织物型光电探测功能层与铁电存储功能层集成，不仅在单个器件实现了光电感知、存储与神经形态计算的功能，而且构建了多端信号同步传入与处理的网络节点结构，用于构建柔性感存算一体化的神经计算网络与系统。
[0007]该柔性感存算一体存储器制备方法，包括以下步骤：在第一金属织物表面形成铁电存储功能层；在第二金属织物表面形成光电探测功能层；将具有光电探测功能层的第二金属织物采用经纬交织的方式与具有铁电存储功能层的第一金属织物进行交叉自组装，构建多端信号同步传入与处理的网络节点结构。
[0008]本专利技术的柔性感存算一体存储器制备方法中，优选为，第一金属织物与第二金属织物进行交叉自组装的具体步骤包括：在一根第一金属织物的上方和下方各组装一根第二金属织物，在位于上方的第二金属织物的上方组装多根平行排列的第一金属织物，在位于下方的第二金属织物的下方组装多根平行排列的第一金属织物，其中，第一金属织物沿纵向延伸，第二金属织物沿横向延伸。
[0009]本专利技术的柔性感存算一体存储器制备方法中，优选为，形成铁电存储功能层的具体步骤包括：在第一金属织物表面形成掺杂铪基薄膜作为第一功能层；在所述第一功能层表面形成掺杂铪基薄膜作为第二功能层，且第二功能层的掺杂元素与第一功能层的掺杂元素不同；重复上述步骤，形成多重相互交叠的第一功能层和第二功能层；在惰性气体的氛围下进行快速热退火处理，诱导掺杂铪基薄膜转化为铁电相，获得具有极化翻转响应的铪基铁电薄膜作为铁电存储功能层。
[0010]本专利技术的柔性感存算一体存储器制备方法中，优选为，所述第一金属织物为Pt，Au，Al，Ag或Pd；所述第二金属织物为Ti，Ta，Zn，Ni或Cu。
[0011]本专利技术的柔性感存算一体存储器制备方法中，优选为，形成光电探测功能层的具体步骤包括：利用阳极氧化的方式制备氧化物半导体纳米管，进行退火处理，获得具有光电响应的氧化物半导体纳米管。
[0012]本专利技术公布一种柔性感存算一体存储器，具有多端信号同步传入与处理的网络节点结构，由具有铁电存储功能层的第一金属织物与具有光电探测功能层的第二金属织物采用经纬交织的方式交叉自组装而成。
[0013]本专利技术的柔性感存算一体存储器中，优选为，第一金属织物与第二金属织物交叉自组装的结构具体为：在一根第一金属织物的上方和下方分别组装有一根第二金属织物，在位于上方的第二金属织物的上方组装有多根平行排列的第一金属织物，在位于下方的第二金属织物的下方组装有多根平行排列的第一金属织物，其中，第一金属织物沿纵向延伸，第二金属织物沿横向延伸。
[0014]本专利技术的柔性感存算一体存储器中，优选为，所述铁电存储功能层为多重功能层，包括多重相互交叠的第一功能层和第二功能层，第一功能层和第二功能层均为具有极化翻转响应的掺杂铪基铁电，且第二功能层的掺杂元素与第一功能层的掺杂元素不同。
[0015]本专利技术的柔性感存算一体存储器中，优选为，所述光电探测功能层为氧化物半导体纳米管。
[0016]本专利技术的柔性感存算一体存储器中，优选为，所述第一金属织物为Pt，Au，Al，Ag或Pd；所述第二金属织物为Ti，Ta，Zn，Ni或Cu。
[0017]有益效果：
[0018](1)利用金属织物作为柔性基底，解决铁电薄膜制备过程中原子层沉积工艺与退火工艺难以避免的高温问题。
[0019](2)采用了多层不同种类的掺杂铪基铁电薄膜叠层作为存算功能层，解决了单层材料体系的漏电问题以及极化强度低等问题，增强了器件的可靠性与耐久性。
[0020](3)分别在经纬交互的两个织物电极构建不同的功能层单元，采用具有光感知功能的半导体纳米管与存储功能的铪基铁电薄膜进行异质集成，从器件结构设计层面实现感存算一体化多功能器件的开发，极大程度提高了单个器件的工作效率。
[0021](4)从器件层面构建了多端信号同步传入与处理的网络节点结构，真实还原人脑神经网络中的多节点交互场景，极大程度提高信息的并行处理效率，为感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性感存算一体存储器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在第一金属织物表面形成铁电存储功能层；在第二金属织物表面形成光电探测功能层；将具有光电探测功能层的第二金属织物采用经纬交织的方式与具有铁电存储功能层的第一金属织物进行交叉自组装，构建多端信号同步传入与处理的网络节点结构。2.根据权利要求1所述的柔性感存算一体存储器制备方法，其特征在于，第一金属织物与第二金属织物进行交叉自组装的具体步骤包括：在一根第一金属织物的上方和下方各组装一根第二金属织物，在位于上方的第二金属织物的上方组装多根平行排列的第一金属织物，在位于下方的第二金属织物的下方组装多根平行排列的第一金属织物，其中，第一金属织物沿纵向延伸，第二金属织物沿横向延伸。3.根据权利要求1所述的柔性感存算一体存储器制备方法，其特征在于，形成铁电存储功能层的具体步骤包括：在第一金属织物表面形成掺杂铪基薄膜作为第一功能层；在所述第一功能层表面形成掺杂铪基薄膜作为第二功能层，且第二功能层的掺杂元素与第一功能层的掺杂元素不同；重复上述步骤，形成多重相互交叠的第一功能层和第二功能层；在惰性气体的氛围下进行快速热退火处理，诱导掺杂铪基薄膜转化为铁电相，获得具有极化翻转响应的铪基铁电薄膜作为铁电存储功能层。4.根据权利要求1所述的柔性感存算一体存储器制备方法，其特征在于，所述第一金属织物为Pt，Au，Al，Ag或Pd；所述第二金属织物为Ti，Ta，Zn，Ni或Cu。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟佳琳，王天宇，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：