[发明专利]基于SiOxNy的光读取神经突触器件及其制备方法

权利要求书

1.一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，

包括表面等离子波导和忆阻器；

所述表面等离子波导具有从上至下依次设置的第二金属层、氮化硅 介质层、第一金属层的垂直三层结构；

所述忆阻器具有从上至下依次设置的上电极、第二阻变层、第一阻变层、下电极的垂直四层结构；

所述忆阻器嵌入在表面等离子波导之中，所述忆阻器的第一阻变层、第二阻变层作为光信号传播通道与表面等离子波导的氮化硅 介质层水平相连；

所述基于氮氧化硅的光读取神经突触器件由如下方法制备：

（1）准备硅单晶片，并进行清洗和干燥处理；

（2）采用物理气相沉积方法，形成第一金属层；

（3）在第一金属层所在的表面旋涂一层光刻胶，利用掩膜版和光刻、显影步骤，实现忆阻器窗口；采用等离子增强化学气相沉积方法，在已涂胶并图形化的第一金属层上，沉积氮化硅薄膜作为波导介质层；使用剥离工艺，获得位于第一金属层上方的波导介质层，并在其中预留忆阻器窗口；

（4）利用光刻工艺在忆阻器区域之外形成光刻胶图案；依次沉积忆阻器下电极、第一阻变层、第二阻变层以及上电极4层薄膜，其中，下电极采用直流溅射方法获得；第一阻变层为氮氧化硅薄膜，采用反应磁控溅射方法获得；第二阻变层为含金属纳米颗粒的氮氧化硅薄膜，采用共溅射方法获得；上电极采用直流溅射方法获得；采用剥离工艺去除上述4层薄膜，获得位于表面等离子波导中的忆阻器；

（5）在步骤（3）和（4）的基础上，采用金属剥离工艺，形成表面等离子波导的第二金属层；

（6）采用普通反应离子刻蚀RIE工艺，去除残余光刻胶，清洗、干燥后即得。

2.根据权利要求1所述的一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，

所述的上电极、下电极均为惰性铂电极。

3.根据权利要求2所述的一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，

所述的忆阻器的上电极、下电极均为采用物理气相沉积方法获得的惰性金属铂电极，厚度为10nm~20nm，且其宽度与表面等离子波导宽度相同。

4.根据权利要求1所述的一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，

所述第一阻变层为本征氮氧化硅薄膜。

5.根据权利要求4所述的一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，

所述的第一阻变层是通过磁控溅射方法获得的本征氮氧化硅薄膜，厚度为30nm~50nm。

6.根据权利要求1所述的一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，

所述第二阻变层为含金属纳米颗粒的氮氧化硅薄膜；所述的金属纳米颗粒为银纳米颗粒、铜纳米颗粒或铝纳米颗粒。

7.根据权利要求6所述的一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，

所述的第二阻变层是通过共溅射方法结合标准CMOS工艺获得金属纳米颗粒的氮氧化硅薄膜，厚度为10nm~30nm，所述金属纳米颗粒含量为氮氧化硅薄膜体积的30%~45%。

8.根据权利要求1所述的一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，

所述第一金属层和第二金属层均为金属银层。

9.根据权利要求1所述的一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，

所述上电极的顶部位于第二金属层内部。

10.一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件的制备方法，其特征在于，

包括如下步骤：

（1）准备硅单晶片，并进行清洗和干燥处理；

（2）采用物理气相沉积方法，形成第一金属层；

（3）在第一金属层所在的表面旋涂一层光刻胶，利用掩膜版和光刻、显影步骤，实现忆阻器窗口；采用等离子增强化学气相沉积方法，在已涂胶并图形化的第一金属层上，沉积氮化硅薄膜作为波导介质层；使用剥离工艺，获得位于第一金属层上方的波导介质层，并在其中预留忆阻器窗口；

（4）利用光刻工艺在忆阻器区域之外形成光刻胶图案；依次沉积忆阻器下电极、第一阻变层、第二阻变层以及上电极4层薄膜，其中，下电极采用直流溅射方法获得；第一阻变层为氮氧化硅薄膜，采用反应磁控溅射方法获得；第二阻变层为含金属纳米颗粒的氮氧化硅薄膜，采用共溅射方法获得；上电极采用直流溅射方法获得；采用剥离工艺去除上述4层薄膜，获得位于表面等离子波导中的忆阻器；

（5）在步骤（3）和（4）的基础上，采用金属剥离工艺，形成表面等离子波导的第二金属层；

（6）采用普通反应离子刻蚀RIE工艺，去除残余光刻胶，清洗、干燥后即得。