开关忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种开关忆阻器，包括底电极层；第一阻变层，设在所述底电极层上；第二阻变层，设在所述第一阻变层上；顶电极层，设在所述第二阻变层上；其中，在所述开关忆阻器处于低阻态的情况下，所述第一阻变层和所述第二阻变层中的空位缺陷在预设激励的作用下定向移动，使所述第一阻变层和所述第二阻变层中的一个的所述空位缺陷耗尽，所述第一阻变层和所述第二阻变层中的另一个为低阻态。本申请提供的忆阻器具有不应期的特点，可以模拟生物神经元的不应期，并适用于如脉冲时间编码方法的其他领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
开关忆阻器及其制备方法


[0001]本申请涉及集成电路
，特别是涉及一种开关忆阻器及其制备方法。

技术介绍

[0002]忆阻器，全称记忆电阻器(Memristor)。它是表示磁通与电荷关系的电路器件，具有电阻的量纲，但其阻值是由流经它的电荷确定。因此，通过测定忆阻的阻值，便可知道流经它的电荷量，从而有记忆电荷的作用。在信息爆炸的大数据时代，对超高性能计算与非易失性存储的需求呈爆发式增长，由于忆阻器的集成度，功耗，读写速度都要比传统的随机存储器优越，通常在计算机领域作为信息存储器来使用。忆阻器件自问世以来即掀起了忆阻器研究的浪潮，但是，目前忆阻器通常作为存储器来使用，应用领域较为单一。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对上述问题提供一种基于互补电阻开关原理的开关忆阻器及其制备方法。
[0004]为了实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种开关忆阻器，包括：
[0005]底电极层；
[0006]第一阻变层，设在所述底电极层上；
[0007]第二阻变层，设在所述第一阻变层上；
[0008]顶电极层，设在所述第二阻变层上；其中，
[0009]在所述开关忆阻器处于低阻态的情况下，所述第一阻变层和所述第二阻变层中的空位缺陷在预设激励的作用下定向移动，使所述第一阻变层和所述第二阻变层中的一个的所述空位缺陷耗尽，所述第一阻变层和所述第二阻变层中的另一个为低阻态。
[0010]在其中一个实施例中，所述空位缺陷为氧空位缺陷，所述预设激励包括向所述底电极层施加的负向电压信号，所述氧空位缺陷在所述负向电压信号的作用下向所述第一阻变层移动，使所述第二阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第一阻变层为低阻态。
[0011]在其中一个实施例中，在所述第二阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第一阻变层为低阻态的情况下，若所述预设激励为所述负向电压信号，则所述开关忆阻器的阻态不变。
[0012]在其中一个实施例中，在所述第二阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第一阻变层为低阻态的情况下，若所述预设激励为正向电压信号，且所述正向电压信号达到第一阈值，则所述开关忆阻器的阻态为低阻态。
[0013]在其中一个实施例中，在所述开关忆阻器的阻态为低阻态的情况下，若所述预设激励为正向电压信号，且所述正向电压信号大于第二阈值，所述氧空位缺陷在所述正向电压信号的作用下向所述第二阻变层移动，使所述第一阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第二阻变层为低阻态。
[0014]在其中一个实施例中，在所述第一阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第二阻变
层为低阻态的情况下，若所述预设激励为所述正向电压信号，则所述开关忆阻器的阻态不变。
[0015]在其中一个实施例中，在所述第一阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第二阻变层为低阻态的情况下，若所述预设激励为负向电压信号，且所述负向电压信号达到第三阈值，则所述开关忆阻器的阻态为低阻态。
[0016]在其中一个实施例中，若所述预设激励为负向电压信号，且所述负向电压信号达到第四阈值，所述氧空位缺陷在所述负向电压信号的作用下向所述第一阻变层移动，使所述第二阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第一阻变层为低阻态。
[0017]在其中一个实施例中，所述第一阻变层与所述第二阻变层分别为不同的金属氧化物层。
[0018]在其中一个实施例中，所述第一阻变层为氧化钽或五氧化二钽中的一种，所述第二阻变层为氧化钽或五氧化二钽中的另一种。
[0019]另一方面，本专利技术还提供了一种开关忆阻器的制备方法，包括：
[0020]提供衬底层；
[0021]于所述衬底层上形成底电极层；
[0022]于所述底电极层上形成第一阻变层；
[0023]于所述第一阻变层上形成第二阻变层；
[0024]于所述第二阻变层上形成顶电极层；其中，
[0025]在所述开关忆阻器处于低阻态的情况下，所述第一阻变层和所述第二阻变层中的空位缺陷在预设激励的作用下定向移动，使所述第一阻变层和所述第二阻变层中的一个的所述空位缺陷耗尽，所述第一阻变层和所述第二阻变层中的另一个为低阻态。
[0026]上述开关忆阻器及其制备方法，通过依次形成底电极层、第一阻变层、第二阻变层以及顶电极层，并在所述底电极层施加预设激励，可以使得所述忆阻器中的空位缺陷定向移动至所述第一阻变层或所述第二阻变层中的一个处于空位缺陷耗尽状态，另一个处于低阻态，进一步使得所述耗尽状态的忆阻器的阻态可以不发生改变，具有“不应期”的特性，可以模拟生物神经元的不应期，其功能具有多样化，使得忆阻器件可以应用于如脉冲时间编码的其他领域，提高忆阻器件的适用范围。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为一实施例中提供的开关忆阻器的制备方法的流程图；
[0029]图2为一实施例中提供的开关忆阻器的结构示意图；
[0030]图3为一实施例中提供的开关忆阻器的初始状态的氧空位含量示意图；
[0031]图4为一实施例中提供的开关忆阻器的低阻态示意图；
[0032]图5一实施例中提供的对开关忆阻器施加预设激励的示意图；
[0033]图6为一实施例中提供的开关忆阻器的一阻态示意图；
[0034]图7为一实施例中提供的开关忆阻器的另一阻态示意图；
[0035]图8为一实施例中提供的互补电阻开关忆阻器在1ms脉宽、5ms间隔脉冲下的电流响应图；
[0036]图9为一实施例中提供的互补电阻开关忆阻器在1ms脉宽、0.7ms间隔脉冲下的电流响应图；
[0037]图10为一实施例中提供的互补电阻开关忆阻器在0.1ms脉宽、0.7ms间隔脉冲下的电流响应图；
[0038]图11为一实施例中提供的互补电阻开关忆阻器在1ms脉宽、0.6ms间隔脉冲下的电流响应图。
具体实施方式
[0039]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
[0040]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0041]应当明白，当电极或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”其它电极或层时，其可以直接地在其它电极或层上、与之相邻、连接到其它电极或层，或者可以存在居间的电极或层。相反，当电极被称为“直接在...上”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关忆阻器，其特征在于，包括：底电极层；第一阻变层，设在所述底电极层上；第二阻变层，设在所述第一阻变层上；顶电极层，设在所述第二阻变层上；其中，在所述开关忆阻器处于低阻态的情况下，所述第一阻变层和所述第二阻变层中的空位缺陷在预设激励的作用下定向移动，使所述第一阻变层和所述第二阻变层中的一个的所述空位缺陷耗尽，所述第一阻变层和所述第二阻变层中的另一个为低阻态。2.根据权利要求1所述的开关忆阻器，其特征在于，所述空位缺陷为氧空位缺陷，所述预设激励包括向所述底电极层施加的负向电压信号，所述氧空位缺陷在所述负向电压信号的作用下向所述第一阻变层移动，使所述第二阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第一阻变层为低阻态。3.根据权利要求2所述的开关忆阻器，其特征在于，在所述第二阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第一阻变层为低阻态的情况下，若所述预设激励为所述负向电压信号，则所述开关忆阻器的阻态不变。4.根据权利要求2所述的开关忆阻器，其特征在于，在所述第二阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第一阻变层为低阻态的情况下，若所述预设激励为正向电压信号，且所述正向电压信号达到第一阈值，则所述开关忆阻器的阻态为低阻态。5.根据权利要求4所述的开关忆阻器，其特征在于，在所述开关忆阻器的阻态为低阻态的情况下，若所述预设激励为正向电压信号，且所述正向电压信号大于第二阈值，所述氧空位缺陷在所述正向电压信号的作用下向所述第二阻变层移动，使所述第一阻变层的所述氧空位缺陷耗尽，所述第二阻变层为低阻态。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李黄龙，王昕鑫，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：