基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器、制备方法及设备技术

本发明专利技术属于忆阻器技术领域，针对传统忆阻器材料的电阻转变性能单一，并且缺少对器件稳定性调控的问题，提供了一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器、制备方法及设备。其中，神经形态忆阻器包括由下到上依次设置的衬底、底电极、介质层和顶电极，所述顶电极和底电极用于分别连接正向电压和负向电压，所述介质层为铟铝锌氧化物层。该忆阻器制备工艺简单，阻变性能变化小，一致性、循环次数和维持时间优良。本发明专利技术可以通过更换电极来实现透明忆阻器件的制备，在光电应用领域具有重要潜力，同时在不同的电极选取下具有非易失性和易失性两种阻变特性，可模拟生物的突触可塑性和生物的痛觉感受器功能，在实现类脑神经形态计算中具有重要前景。要前景。要前景。

【技术实现步骤摘要】
基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器、制备方法及设备


[0001]本专利技术属于忆阻器
，尤其涉及一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器、制备方法及设备。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]忆阻器因其运行速度快、能耗低、特征尺寸小等特点，已被研究用于开发存储器和计算系统。忆阻器也被认为是生物突触和神经元的优秀模拟器，它们是大脑启发神经形态计算的基本元素。新颖的内存和计算系统可以彻底改变当前的计算机容量。忆阻器根据保留时间分为非易失性存储器切换(MS)和易失阈值切换(TS)。在非易失性MS中，在取消施加的偏置电压后，低电阻状态(LRS)和高电阻状态(HRS)都可以保持很长时间，直到施加SET电压或RESET电压来调制电阻状态。相比之下，在电压移除后，易失性TS无法维持LRS。非易失性MS可用于模拟生物突触的可塑性。另一方面，易失性TS可用于人工痛觉感受器的实现。同时支持多种功能的多功能忆阻器对存储器和计算系统非常有吸引力。到目前为止，很少有研究涉及同种介质层的忆阻器，能够保证出色的稳定性、较大的存储窗口和多功能神经形态的应用。
[0004]目前研究中以In
‑
Ga
‑
Zn
‑
O(IGZO)为代表的非晶氧化物半导体(AOS)，得到了广泛关注和深入研究。由于具有高透光率、高电子迁移率、低制备温度等优点，IGZO已经成为一种工艺成熟的TFT沟道材料。IGZO薄膜除了可以作为沟道材料以外，还具有良好的阻变性能，适用于非易失性存储单元器件的制备。
[0005]专利技术人发现，IGZO忆阻器仍然存在一些问题：IGZO的带隙相对较窄(3.2eV)；In和Ga是稀有元素，价格昂贵；IGZO忆阻器在不同环境条件下也存在不稳定性。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器、制备方法及设备，其中，基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器采用三元氧化物IAZO(In
‑
Al
‑
Zn
‑
O，铟铝锌氧化物)薄膜，制备成本低，带隙范围大，易于调控。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面提供了一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器。
[0009]一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器，包括由下到上依次设置的衬底、底电极、介质层和顶电极，所述顶电极和底电极用于分别连接正向电压和负向电压，所述介质层为铟铝锌氧化物层。
[0010]作为一种实施方式，所述衬底为钛
‑
金衬底，底电极为金层，顶电极为电子束蒸发生长的银层。
[0011]作为一种实施方式，所述介质层通过磁控溅射法溅射形成于钛
‑
金衬底上。
[0012]作为一种实施方式，所述衬底为透明玻璃，底电极为氧化铟锡层，顶电极为通过热蒸发镀膜系统沉积铝层。
[0013]作为一种实施方式，所述介质层通过磁控溅射法溅射形成于氧化铟锡玻璃衬底上。
[0014]本专利技术的第二个方面提供了一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器的制备方法。
[0015]在一个或多个实施例中，一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器的制备方法，包括：
[0016]采用钛
‑
金层作为衬底，金层作为底电极；
[0017]通过磁控溅射沉积铟铝锌氧化物层，以铟铝锌氧化物薄膜作为介质层；
[0018]沉积后的铟铝锌氧化物薄膜在维持设定温度的空气环境中退火预设时间；
[0019]通过电子束蒸发沉积银层，银层作为顶部电极层；利用设定直径的圆形图案掩膜板，通过电子束蒸发沉积设定厚度的银层顶部电极，随后去除具有顶电极图案的掩膜板，得到具备非易失性阻变特性的铟铝锌氧化物忆阻器。
[0020]作为一种实施方式，在室温下，采用射频磁控溅射在金层底电极上沉积设定厚度的铟铝锌氧化物，靶材原子比例为In:Al:Zn＝2:1:1；溅射过程中混合环境压力为4.20m Torr，设定磁控溅射的功率为90W，溅射时真空度低于1*10
‑6Torr。
[0021]在一个或多个实施例中，一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器的制备方法，其包括：
[0022]以透明玻璃作为衬底，氧化铟锡层作为底部电极层。
[0023]通过磁控溅射沉积铟铝锌氧化物层，以铟铝锌氧化物薄膜作为介质层；
[0024]通过热蒸发镀膜系统沉积铝层，铝层作为顶部电极层；利用设定直径的圆形图案掩膜板，通过热蒸发沉积设定厚度的铝层顶部电极，随后去除具有顶电极图案的掩膜板，得到具备易失性阻变特性的铟铝锌氧化物忆阻器。
[0025]作为一种实施方式，在室温下，采用射频磁控溅射在氧化铟锡底电极上沉积设定厚度的铟铝锌氧化物，靶材原子比例为In:Al:Zn＝2:1:1；溅射过程中混合环境压力为4.20m Torr，设定磁控溅射的功率为90W，溅射时真空度低于1*10
‑6Torr。
[0026]本专利技术的第三个方面提供了一种电子设备。
[0027]一种电子设备，包括如上述所述的基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0029]本专利技术所提供的IAZO神经形态忆阻器采用新型三元氧化物IAZO薄膜，具有制备成本低，载流子浓度调节能力高，带隙范围大易于调控等优良特性；本专利技术所提供的IAZO神经形态忆阻器选用结构简单的“三明治”结构，并且通过更换底电极实现透明器件的制备，在光电应用领域具有重要潜力；
[0030]本专利技术所提供的IAZO神经形态忆阻器在不同的电极选取下对应不同的电阻转变特性，具有非易失性和易失性两种阻变特性；本专利技术所提供的IAZO神经形态忆阻器的非易失性特性，可模拟生物的突触可塑性功能，为有效的神经形态计算提供了潜在的重要应用；本专利技术所提供的IAZO神经形态忆阻器的易失性特性，可模拟生物的痛觉感受器功能，对模拟人工神经元功能运用在类脑运算具有重要应用前景。
[0031]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0032]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0033]图1为本专利技术实施例的基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器结构示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例1的基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器的非易失性电流
‑
电压特性图；
[0035]图3为本专利技术实施例2的基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器的易失性电流
‑
电压特性图；
[0036]图4为本专利技术实施例3的基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器，包括由下到上依次设置的衬底、底电极、介质层和顶电极，所述顶电极和底电极用于分别连接正向电压和负向电压，其特征在于，所述介质层为铟铝锌氧化物层。2.如权利要求1所述的基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器，其特征在于，所述衬底为钛
‑
金衬底，底电极为金层，顶电极为电子束蒸发生长的银层。3.如权利要求2所述的基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器，其特征在于，所述介质层通过磁控溅射法溅射形成于钛
‑
金衬底上。4.如权利要求1所述的基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器，其特征在于，所述衬底为透明玻璃，底电极为氧化铟锡层，顶电极为通过热蒸发镀膜系统沉积铝层。5.如权利要求4所述的基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器，其特征在于，所述介质层通过磁控溅射法溅射形成于氧化铟锡玻璃衬底上。6.一种基于铟铝锌氧化物的神经形态忆阻器的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：采用钛
‑
金层作为衬底，金层作为底电极；步骤2：通过磁控溅射沉积铟铝锌氧化物层，以铟铝锌氧化物薄膜作为介质层；步骤3：沉积后的铟铝锌氧化物薄膜在维持设定温度的空气环境中退火预设时间；步骤4：通过电子束蒸发沉积银层，银层作为顶部电极层；利用设定直径的圆形图案掩膜板，通过电子束蒸发沉积设定厚度的银层顶部电极，随后去除具有顶电极图案的掩膜板，得到具备非...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱凯，许艺萌，冯先进，徐伟东，韩旭，
申请(专利权)人：山东大学深圳研究院山东大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：