一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器及其制备方法。在本发明专利技术中，首次提出将反铁磁材料同时应用于光感与阻变存储功能层中。该忆阻件由光感输入端与阻变输出端组成，通过反铁磁的逆自旋与自旋霍尔效应实现光感输入与阻变存储。本发明专利技术是一种新型忆阻器，其将光感与阻变部分集成，具有同质衬底外延、薄膜无应力、低功耗、抗磁场、输入端可扩展等特点，为光感神经拟态计算提供一个感存算一体的器件。器件。器件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子器件
，具体涉及一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着时代的发展，人类文明产生越来越多的数据，大数据为强大的人工智能模型提供了基础，但对于相关硬件的要求，如超级计算机及其算力，也水涨船高。过去的硬件能力因摩尔定律不断提高，但是算力瓶颈尚不明显，但是随着大数据时代以及智能社会的到来，硅基硬件逐渐达到极限，并逐渐凸显超高算力硬件的高能耗问题。
[0003]为了突破目前计算机处理速度与能效，许多新型计算方式与架构已经成为计算机研发热点。当前计算机的处理速度极大程度受限于电子流动速度，应运而生的便是依靠光子传输的光计算。现有的研究已经证明，光计算在处理某些问题时，能力明显优于电子运算，例如“矩阵乘法”，使用光可以基本上零延时、零能耗完成，且相比于代传统电子处理核，光计算将大幅提高计算机带宽。
[0004]除此之外，传统人工智能以及深度学习核心仍然为数字矩阵运算，这种运算其实也是计算机运算速度与功效瓶颈的来源之一。而人脑能够以超低功耗处理大量信息，这得益于人脑中神经突触的可塑性，而由此启发的类似人脑计算架构的芯片。人脑中的信息传递与处理是通过电荷脉冲在神经网络中传递实现的。而类脑芯片中核心为模拟神经元和突触功能的类脑器件，特点是低功耗存算一体。忆阻器的特点为非易失的阻值随输入条件变化而变化，实现低功耗与阻值可调。这些特性使忆阻器成为了模拟计算最有优势的器件，且被视为能够实现类脑存算一体的首选器件。基于忆阻器的存算硬件应用涵盖了信息存储、混沌电路、人工智能、多种感知等众多方向，是未来人工智能硬件的核心器件，也是获得低成本类脑芯片的必经之路。
[0005]因此，如何结合光计算与存算一体的类脑器件形成光感神经拟态器件，以实现更快更低功耗的神经拟态计算，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于为光感神经拟态计算提供一个感存算一体的器件。所制造的忆阻器能够在有磁场影响下实现低能耗与稳定开关比，为光感神经拟态计算提供硬件基础。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器，所述忆阻器包括位于基底上的底部连通电极，位于底部连通电极上间隔分布的光感输入端与阻变输出端，所述光感输入端包括光感输入层，所述阻变输出端自下而上包括阻变层和顶部电极，所述光感输入层和阻变层均采用反铁磁材料，所述光感输入层和阻变层均与所述底部连通电极接触连接。
[0008]优选地，光感输入端的数量为一个或多个。
[0009]优选地，光感输入端与阻变输出端的间距大于0且不大于5cm。
[0010]优选地，所述基底为钛酸锶，其厚度为0.1
‑
1mm。
[0011]优选地，所述底部连通电极采用钌酸锶，其厚度为10
‑
50nm。
[0012]优选地，所述光感输入层和阻变层为双轴氧化镍，其厚度为5
‑
50nm。
[0013]优选地，所述顶部电极材料采用氮化钛或金属材料，其厚度为10
‑
50nm。
[0014]本专利技术还提供了一种如上所述的基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0015]S1，准备和清洗基底；
[0016]S2，在所述基底上外延生长底部连通电极；
[0017]S3，外延生长间隔分布的光感输入层和阻变层；
[0018]S4，在阻变层上制备顶部电极。
[0019]优选地，采用脉冲激光沉积技术制备所述底部连通电极、所述光感输入层和所述阻变层；采用直流反应磁控溅射法制备顶部电极。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021](1)本专利技术所制备的忆阻器结构为光感神经拟态计算提供一个感存算一体的器件，用反铁磁解决光感神经拟态的输入、存储、输出并实现输出信号为特定的波形以用于下游的相位识别与处理，为光感神经拟态计算提供硬件基础。
[0022](2)本专利技术相较于传统忆阻器，采用了自旋流为转化媒介，实现了可抗磁干扰的稳定阻变。
[0023](3)该器件的制备方法大部分可以采用同样的沉积工艺，从底部连通电极到阻变层均可采用脉冲激光沉积外延生长，材料成膜均一度高且表面平整。从基底到整个阻变层所用材料晶格失配度小，薄膜应力小。顶部电极可以采用稳定性与导电率都较高的惰性金属层或氮化钛。整个结构使得光感与存储功能层可同时沉积、抗磁干扰能力强且稳定、能够实现低功耗感存、输入端数量可扩展，进而解决光感神经拟态的输入、存储、输出。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提出的基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器的结构示意图。
[0025]图中：1
‑
光感输入层；2
‑
顶部电极；3
‑
阻变层；4
‑
底部连通电极；5
‑
基片。
具体实施方式
[0026]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0027]本专利技术提供了一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器，其结构如图1所示。器件包括位于基底5上间隔分布的光感输入端与阻变输出端，虽然图1中仅示出了一个光感输入端，但是可以理解的是，在阻变输出端周围可以设置多个光感输入端，即输入端数量可扩展。对于多个光感输入端的排布方式没有特别限定。光感输入端与阻变输出端间的间距大于0且不大于5cm。
[0028]光感输入端包括光感输入层1；阻变输出层自下而上包括阻变层3和顶部电极2；光感输入层1与阻变层3均采用反铁磁材料，光感输入层1与阻变层3由底部连通电极4连接。光感输入层1与阻变层3的厚度可以相同也可以不同。
[0029]在一个实施例中，顶部电极2采用氮化钛，或者金属材料(如铂)，其厚度为10
‑
50nm；底部连通电极4采用钙钛矿，如钌酸锶，其厚度为10
‑
50nm；基底5采用钛酸锶，其厚度为0.1
‑
1mm；反铁磁材料采用双轴氧化镍，其厚度为5
‑
50nm。
[0030]本专利技术的光感与阻变存储功能层利用了反铁磁材料的逆自旋与自旋霍尔效应。反铁磁光感输入层在太赫兹入射光下根据逆自旋霍尔效应自旋流产生电信号，通过底部连通电极输入到反铁磁阻变层，根据自旋霍尔效应产生自旋流并使输出信号特定的波形用于下游的相位识别。因为反铁磁的霍尔效应几乎是不受磁场干扰的，且霍尔效应激活需要的能量低，因此该器件能够在有磁场影响下实现低能耗与稳定开关比，输出信号为特定的波形用于下游的相位识别与处理，为光感神经拟态计算提供硬件基础。
[0031]本专利技术还提供了上述基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0032]S1，准备和清洗基底5。具体地，将厚度为0.1
‑
1mm的钛酸锶(S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器，其特征在于，所述忆阻器包括位于基底上的底部连通电极，位于底部连通电极上间隔分布的光感输入端与阻变输出端，所述光感输入端包括光感输入层，所述阻变输出端自下而上包括阻变层和顶部电极，所述光感输入层和阻变层均采用反铁磁材料，所述光感输入层和阻变层均与所述底部连通电极接触连接。2.如权利要求1所述的一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器，其特征在于，光感输入端的数量为一个或多个。3.如权利要求2所述的一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器，其特征在于，光感输入端与阻变输出端的间距大于0且不大于5cm。4.如权利要求1所述的一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器，其特征在于，所述基底为钛酸锶，其厚度为0.1
‑
1mm。5.如权利要求1所述的一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器，其特征在于，所述底部连通电极采用钌酸锶，其厚度为10

【专利技术属性】
技术研发人员：梁逸雷，张浩，
申请(专利权)人：新微比特纳米科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：