一种基于异向晶界的忆阻器制造技术

本发明专利技术提供一种基于异向晶界的忆阻器，包括顶电极、阻变层、底电极。本发明专利技术所提供的一种基于异向晶界的忆阻器，将忆阻器中阻变层设计成两种不同的二维电介质材料，以不同角度交替生长的，形成晶界，同时利用两种金属氧化物不同的氧离子迁移势垒，使氧离子迁移形成导电细丝，阻态可进行稳定的缓变，实现对导电细丝通断的调制效果，提高了忆阻器的稳定性和一致性。其制备工艺与传统集成电路芯片技术CMOS工艺兼容，可以通过后端工艺与CMOS工艺集成，制备流程简单，可操作性强。可操作性强。可操作性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于异向晶界的忆阻器


[0001]本专利技术属于电子器件领域，涉及一种基于异向晶界的忆阻器。

技术介绍

[0002]忆阻器是电阻、电容、电感之外的第四种无源基本电路元件。忆阻器的阻值会随着流经它的电荷量而发生改变，且能够在断开电流时保持它的阻值状态，从而实现非易失的信息存储功能。忆阻器所具有的非易失信息存储功能，可以应用于高密度信息存储或者是非易失性状态逻辑运算。部分忆阻器具有电导连续可调的特性，也可以作为突触器件应用于类脑神经形态计算。忆阻器在单个器件中实现了存储与计算的融合，成为构建非冯
·
诺依曼计算体系架构的基础器件之一。
[0003]忆阻器具有结构简单、功耗低、读写速度快等优势，使其成为最具潜力的存储技术之一。然而，忆阻器仍有许多问题亟待解决。一方面，忆阻器中离子在介质材料中的迁移会形成导电细丝，导电细丝的连通和断裂使器件的电导值发生变化。由于忆阻器的导电细丝的通断具有随机性，因此当下大部分忆阻器都存在操作电压、高低阻态分布离散的问题，这使得器件间和电学循环的一致性都存在问题。这严重限制了忆阻器存储芯片的存储容量，也对忆阻器的大规模集成和电路设计带来了很大的挑战。另一方面，在现代类脑神经形态计算领域，忆阻器作为突触元件导电细丝在介质层形成的瞬间会导致器件电导的突然增高，这并不符合类脑模拟中希望忆阻器电导可以随外加电场连续变化的要求，突触特性线性度普遍较差，这也严重制约了人工神经网络芯片外围电路的研究，不仅增加了设计成本，而且使电路面积增大。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于异向晶界的忆阻器，包括，顶电极、阻变层、底电极。
[0005]所述阻变层由二维电介质堆叠形成，包含上层、下层两种结构。
[0006]所述上层结构是在顶电极下方沿着水平方向以一定倾斜角度平铺多层二维电介质材料制作而成。
[0007]所述下层结构是在底电极上方沿着水平方向以一定倾斜角度平铺多层二维电介质材料制作而成。
[0008]所述二维电介质材料每一层的厚度可以相同，也可以不同。
[0009]所述阻变层也可以包含N层结构，其中N为大于2的整数。
[0010]所述阻变层中上层、下层可以选择相同二维电介质材料，也可以选择不同的二维电介质材料。
[0011]优选地，使用两种具有不同带隙的二维金属氧化物。
[0012]所述倾斜角度大于1
°
且小于180
°
。
[0013]所述顶电极由Pt、Pd、W、Nb、TiN、TaN、ITO、Ag、Au、石墨烯中的一种或多种制作而成。
[0014]所述底电极可选用Pt、W、TiN、Pd、Ag、Au或者上述金属材料的叠层结构薄膜材料制作而成。
[0015]所述二维电介质材料，其层厚范围为1nm
‑
100nm，由BN、MoO3、O.W、O3Sb2中的一种或多种制作而成。
[0016]本专利技术具有以下增益：本专利技术所提供的一种基于异向晶界的忆阻器，将忆阻器中阻变层设计成两种不同的二维电介质材料，以不同角度交替生长的，形成晶界，同时利用两种金属氧化物不同的氧离子迁移势垒，使氧离子迁移形成导电细丝，阻态可进行稳定的缓变，实现对导电细丝通断的调制效果，提高了忆阻器的稳定性和一致性。其制备工艺与传统集成电路芯片技术CMOS工艺兼容，可以通过后端工艺与CMOS工艺集成，制备流程简单，可操作性强。
附图说明
[0017]图1为本专利技术本专利技术实施例一结构示意图。
[0018]图2为本专利技术实施例二结构示意图。
[0019]图3文本专利技术实施例性能测试结果图。
实施方式
[0020]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本专利技术公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本专利技术公开的概念。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，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0021]在附图中示出了根据本专利技术公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0022]本专利技术实施例一如图1所示，所述的忆阻器包含自上而下包含顶电极、阻变层、底电极。
[0023]所述阻变层由多层金属氧化物层以不同的角度堆叠形成。以水平面作为分界线，包含分为上下两层，其中上层金属氧化层以水平方向上75
°
角，斜着平铺多层金属氧化层叠加而成。这里金属氧化层每一层的厚度可以相同，也可以不同。下层金属氧化物以水平方向向下75
°
角叠层。基本结构与上层类似，其中上下层金属氧化物可以选择相同材料，也可以选择不同的，优选两种具有不同带隙的金属氧化物。上下两层金属氧化物原子层沿着特定角度的生长方向沉积形成，且不同金属氧化物原子层之间彼此之间成键结合，形成具有多层晶界结构。
[0024]所述顶电极可以选择铂Pt、钯Pd、钨W、铌Nb、锡TiN、TaN、纳米铟锡金属氧化物ITO、银Ag、金Au、石墨烯等导电材料。
[0025]所述底电极可选用Pt、W、TiN、Pd、Ag、Au等金属材料或者上述金属材料的叠层结构薄膜材料。
[0026]所述阻变层材料为二维电介质材料，其层厚度范围为1nm
‑
100nm，材料为氮化硼或者二维金属氧化物，所述二维金属氧化物为三氧化钼、三氧化钨、三氧化二锑其中的一种。
[0027]本设计中的多层晶界结构，阻变层中的金属氧化物层可以为晶态的原子层也可以为非晶态的原子层，优选非晶态的原子层。
[0028]其中金属氧化物层与层之间可束缚氧离子，并使其在纵向迁移，形成规则的异向晶界结构，从而形成形成层间电接触。
[0029]其中所述的金属氧化物层带隙不同且氧离子迁移势垒不同。
[0030]工作过程：金属氧化物层与层之间形成异相晶界，通过对顶电极和底电极上施加特定的外激励，异向晶界会发生畸变，出现明显的晶格无序，产生了缺陷，这导致沿晶界的残留细丝可以引导导电细丝的形成。金属氧化层中的氧离子发生迁移，可形成电接触，即氧空位导电细丝；同时，当撤回外激励或者施加其它外激励，所述氧离子受氧离子迁移势垒的影响无法迁移回原位置，呈现非易失性特性。当施加相反的外激励时，氧离子克服迁移势垒填充氧空位，使电接触断开，即氧空位导电丝断开。
[0031]本实施例中选用了两种不同带隙的金属氧化物层，会具有不同的氧离子迁移势垒，势垒低的氧离子更容易迁移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异向晶界的忆阻器，包括顶电极、阻变层、底电极；所述阻变层由二维电介质堆叠形成，包含上层、下层两种结构；所述上层结构是在顶电极下方沿着水平方向以一定倾斜角度平铺多层二维电介质材料制作而成；所述下层结构是在底电极上方沿着水平方向以一定倾斜角度平铺多层二维电介质材料制作而成。2.根据权利要求1所述一种基于异向晶界的忆阻器，其特征在于，所述二维电介质材料每一层的厚度可以相同，也可以不同。3.根据权利要求1所述一种基于异向晶界的忆阻器，其特征在于，所述阻变层也可以包含N层结构，其中N为大于2的整数。4.根据权利要求1所述一种基于异向晶界的忆阻器，其特征在于，所述阻变层中上层、下层可以选择相同二维电介质材料，也可以选择不同的二维电介质材料。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，
申请(专利权)人：陕西格芯国微半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：