一种忆阻器及增强其电子突触功能的方法技术

本发明专利技术涉及一种忆阻器及增强其电子突触功能的方法，该忆阻器包括：一衬底；一第一端电极，设置于衬底上；一经等离子处理的氧化物介质，设置于所述第一端电极的右侧或上方；一第二端电极，若所述氧化物介质设置于所述第一端电极的右侧，则所述第二端电极设置于所述氧化物介质的右侧；若所述氧化物介质设置于所述第一端电极的上方，则所述第二端电极设置于所述氧化物介质的上方。本发明专利技术通过等离子处理氧化物介质，增强了突触权重变化率的重现性和调节范围，从而提升突触性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子器件
，特别是涉及一种忆阻器及增强其电子突触功能的方法。
技术介绍
大数据时代的到来对高性能计算产生迫切需求。但是在传统的计算架构里，中央处理单元和存储器之间的数据传输速率被限制，使得通过冯·诺依曼构架的计算系统受到挑战。具有并行运算功能的电路，同时具备信息存储和处理的能力，可消除这种瓶颈，在这种计算体系中类似生物神经突触的电子器件是至关重要的基础器件。目前，基于忆阻器的电子突触器件存在性能波动大、稳定性差的特点。由于忆阻器作为电子突触使用还是比较新的领域，降低参数波动性并提高其稳定性的方案还极少。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种忆阻器及增强其电子突触功能的方法，该方案通过等离子处理氧化物介质，增强了突触权重变化率的重现性和调节范围，从而提升突触性能。本专利技术采用以下方案实现：一种忆阻器，包括：一衬底；一第一端电极，设置于衬底上；一经等离子处理的氧化物介质，设置于所述第一端电极的右侧或上方；一第二端电极，若所述氧化物介质设置于所述第一端电极的右侧，则所述第二端电极设置于所述氧化物介质的右侧；若所述氧化物介质设置于所述第一端电极的上方，则所述第二端电极设置于所述氧化物介质的上方。其中，所述的忆阻器具有电阻渐变特性和电子突触特性。进一步地，所述衬底为聚合物、金属、半导体或绝缘体；所述第一端电极与第二端电极的材质为金属、金属合金、导电金属化合物与半导体；所述的氧化物介质为氧化物。进一步地，所述金属包括Al、Ti、Ta、Cu、Pt、Au、W、Ni或Ag；所述金属合金包括Pt/Ti、Ti/Ta、Cu/Ti、Cu/Au、Cu/Al、Ti/W或Al/Zr；所述导电金属化合物和半导体包括TiN、TiW、TaN、WSi、AZO、ITO或FTO；所述氧化物包括ZnO、CuO、Cu2O、NiO、Al2O3、HfO2、TiO2或MgO、SiO2。进一步地，所述忆阻器的制备方法包括以下步骤：步骤S11：在衬底上通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD或蒸发的方法制作第一端电极；步骤S12：在所述第一端电极的右侧或上方设置经等离子体处理的氧化物介质，并与所述第一端电极形成良好电接触；步骤S13：在所述氧化物介质的右侧或上方通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、 ALD、MBE、PLD或蒸发的方法制作第二端电极并与所述氧化物介质形成良好电接触。进一步地，通过等离子体修饰的方式处理所述氧化物介质，具体步骤如下：步骤S21：将所述氧化物介质放置于腔室中，并抽真空至0.1Pa以下；步骤S22：在所述真空腔室中通入 Ar、N2、O2、NH3、H2、CHF3、CF4、SF6气体中的一种或几种，并保持腔室气压为0.1~100 Pa；步骤S23：施加10~300W功率于腔室内的气体使其离子化，并保持等离子体对介质作用，作用时间为1~3600 s。进一步地，所述氧化物介质的制备方法为：磁控溅射、CVD、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD或蒸发法。进一步地，对所述忆阻器进行电阻连续调制：通过连续的多次正向电压扫描或电流扫描使所述忆阻器从低阻态逐渐变化到高阻态，然后通过连续多次的负方向电压扫描或电流扫描使所述忆阻器从高阻态逐渐恢复到低阻态；或通过连续的多次负向电压扫描或电流扫描可使器件从低阻态逐渐变化到高阻态，然后通过连续多次的正方向电压扫描或电流扫描可使器件从高阻态逐渐恢复到低阻态。进一步地，所述忆阻器的电阻连续调制还可以通过连续施加正电脉冲或负电脉冲实现。本专利技术还采用以下方法实现：一种增强忆阻器电子突触功能的方法，通过采用一种脉冲对叠加的方法，从两个脉冲通道分别向第一端电极和第二端电极输入脉冲，通过控制两脉冲触发的时间差改变器件电阻变化率，从而实现电子突触功能。进一步地，所述脉冲为矩形波、三角波、正弦波中的任一种或几种脉冲的组合。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过等离子体处理氧化物介质，在介质中引入缺陷，从而降低权重变化率的不确定性，提高其重现性。通过缺陷的额外引入也可以增加突触权重变化率的调节范围，提高神经形态计算的精度。除此之外，等离子体处理工艺和目前的工艺兼容，在不太增加成本的情况下提升了突触性能。附图说明图1为本专利技术中忆阻器的结构示意图。图2为本专利技术中经等离子处理的忆阻器的电压-电流特性曲线。图3为本专利技术中忆阻器在直流电压扫描模式下，电阻的连续调节过程。图4为本专利技术中经等离子处理前后的忆阻器在单向脉冲模式下，电阻的连续调节过程。图5（a）为本专利技术中未经等离子处理忆阻器对时间依赖脉冲下的电子突触学习功能实测图1。图5（b）为本专利技术中经等离子处理忆阻器对时间依赖脉冲下的电子突触学习功能实测图2。图示说明：01-第一端电极，02-氧化物，03-第二端电极，04-衬底。具体实施方式本专利技术提供优选实施例，只用于本专利技术做进一步的说明，不应该被认为仅限于在此阐述的实施例，也不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述
技术实现思路
对本专利技术做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。下述优选实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。在图示中，衬底、左端电极、氧化物、右端电极等结构为理想化模型，不应该被认为严格规定其参数、几何尺寸。在此，参考图是本专利技术理想化实施例的示意图，本专利技术所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状，而是包括能够实现相同功能的其他形状。如图1所示，本专利技术提供一种忆阻器，包括：一衬底04；一第一端电极01，设置于所述衬底04上；一氧化物02，设置于所述第一端电极01右侧；一第二端电极03，设置于所述氧化物02的右侧其中，所述氧化物02经等离子处理。在本专利技术一实施例中，当采用等离子处理氧化锌纳米线02时，其步骤和特征在于，包括：B1）在Si/SiO2衬底04上通过磁控溅射法制备第一端电极01；B2） 在所述第一端电极01的右侧通过CVD法制作氧化锌纳米线02，并与所述第一端钛电极01形成良好电接触；B3）通过氩等离子体处理所述氧化锌纳米线02的表面；B4）在所述纳米线02的右侧通过磁控溅射法制备第二端金属钛电极03，并与纳米线02形成良好电接触。以下结合优选的实施例进行详细说明。一种忆阻器，其结构如图1所示，由氧化硅衬底04、厚度为110 nm的Ti作为第一端电极01、长度为10 μm直径为100 nm的氧化锌纳米线作为氧化物介质02，厚度为110 nm的Ti作为第二端电极03构成。对氧化锌纳米线进行等离子体轰击处理，其具体制作步骤如下：将ZnO纳米线撒在氧化硅衬底之上，然后通过磁控溅射的方式将第一端电极制作在ZnO纳米线上，接着采用100瓦氩等离子处理ZnO纳米线120秒，随后在ZnO纳米线另一端用磁控溅射制备第二端电极。对本实施例中的忆阻器进行电学测试，图2为经等离子处理的氧化物忆阻器的电压-电流特性曲线，其中测试时在第一端电极施加正、负电压而右端电极均为接地。图3是该氧化物忆阻器在直流电压扫描模式下的电阻连续调节过程，表明该器件可以通过多次连续单向的set/reset实现电阻的连续调节而体现出电阻的渐变特性。图4为脉冲激励下，该器件的电阻连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种忆阻器，其特征在于，包括：一衬底；一第一端电极，设置于衬底上；一经等离子处理的氧化物介质，设置于所述第一端电极的右侧或上方；一第二端电极，若所述氧化物介质设置于所述第一端电极的右侧，则所述第二端电极设置于所述氧化物介质的右侧；若所述氧化物介质设置于所述第一端电极的上方，则所述第二端电极设置于所述氧化物介质的上方；其中，所述的忆阻器具有电阻渐变特性和电子突触特性。

【技术特征摘要】
1.一种忆阻器，其特征在于，包括：一衬底；一第一端电极，设置于衬底上；一经等离子处理的氧化物介质，设置于所述第一端电极的右侧或上方；一第二端电极，若所述氧化物介质设置于所述第一端电极的右侧，则所述第二端电极设置于所述氧化物介质的右侧；若所述氧化物介质设置于所述第一端电极的上方，则所述第二端电极设置于所述氧化物介质的上方；其中，所述的忆阻器具有电阻渐变特性和电子突触特性。2.根据权利要求1所述的一种忆阻器，其特征在于：所述衬底为聚合物、金属、半导体或绝缘体；所述第一端电极与第二端电极的材质为金属、金属合金、导电金属化合物与半导体；所述的氧化物介质为氧化物。3.根据权利要求2所述的一种忆阻器，其特征在于：所述金属包括Al、Ti、Ta、Cu、Pt、Au、W、Ni或Ag；所述金属合金包括Pt/Ti、Ti/Ta、Cu/Ti、Cu/Au、Cu/Al、Ti/W或Al/Zr；所述导电金属化合物和半导体包括TiN、TiW、TaN、WSi、AZO、ITO或FTO；所述氧化物包括ZnO、CuO、Cu2O、NiO、Al2O3、HfO2、TiO2或MgO、SiO2。4.根据权利要求1所述的一种忆阻器，其特征在于：所述忆阻器的制备方法包括以下步骤：步骤S11：在衬底上通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD或蒸发的方法制作第一端电极；步骤S12：在所述第一端电极的右侧或上方设置经等离子体处理的氧化物介质，并与所述第一端电极形成良好电接触；步骤S13：在所述氧化物介质的右侧或上方通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、 ALD、MBE、PLD或蒸发的方法制作第二端电极并与所述氧化物介质形成良好电接触。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖云锋，陈凡，邱文彪，程树英，林培杰，俞金玲，周海芳，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35