[发明专利]一种基于碘氧化铋薄膜的忆阻器、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种基于碘氧化铋薄膜的忆阻器、其制备方法及应用。本发明中的忆阻器包括底电极，在所述底电极上制有由碘氧化铋薄膜构成的阻变功能层，在所述阻变功能层上制有顶电极。本发明采用碘氧化铋薄膜作为忆阻器的阻变功能层，碘氧化铋能够使器件内的氧空位变多，这些氧空位可作为顶电极和底电极之间稳定的导电通道，进而使得器件的电阻在发生变化时不会出现突变现象。本发明中的忆阻器由于采用了碘氧化铋薄膜作为器件的阻变功能层，因此，实现了器件对生物突触功能的模拟，包括短期可塑性、长期可塑性、双脉冲易化、尖峰时刻可塑性、学习‑遗忘‑再学习等，这意味着模拟人脑强大的计算能力和高效率的人工智能芯片有着乐观的发展前景。

技术领域

本发明涉及一种存储器，具体地说是一种基于碘氧化铋薄膜的忆阻器、其制备方法及应用。

背景技术

与传统的冯诺依曼体系结构相比，人类大脑以非常低的功率执行高度并行的信息处理的能力显示出整体优越和高效的特点。因此，全世界的科学家都在努力开发电子大脑的构建模块。人脑中的基本元素是突触，其数量巨大（达到10¹⁵个），并且是学习和识别的关键因素。具有冯诺依曼架构的传统神经形态计算硬件消耗大量的功率，且整体效率较低。最近，IBM开发了一种硬件方法来实现使用静态随机存取存储器（SRAM）来模拟数百万个突触的功能。然而，由于每个SRAM单元包含六个晶体管，因此该方法需要六个晶体管来模拟单个突触，这使得该方法不可能达到大脑尺度（10¹⁵个突触）。RRAM提供了一种使用单个设备来模拟突触行为的可行方法。并且具有字线和位线的RRAM阵列更容易以高密度大规模制造。在突触装置中，突触后电流需要随着输入脉冲逐渐增加，这代表增加的学习能力。因此，对于神经形态应用而言，需要多个状态，这与仅具有“0”和“1”状态的传统存储器的要求完全不同。尽管忆阻器的出现对神经形态应用有着巨大的吸引力，然而一般阻变存储器在“SET过程中”电阻会突然从高到低，有一个突然的“SET”特性限制了电导状态的数量。它使得阻变存储器很难模仿突触的学习行为，因此需要一个电阻逐渐变化的器件。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于碘氧化铋薄膜的忆阻器、其制备方法及应用。

本发明的目的是这样实现的：一种基于碘氧化铋薄膜的忆阻器，包括底电极，在所述底电极上制有由碘氧化铋薄膜构成的阻变功能层，在所述阻变功能层上制有顶电极。优选的，所述底电极为FTO层，所述顶电极为Ti电极，从而形成Ti/BiOI/FTO结构的器件。所述碘氧化铋薄膜的厚度为56 nm。

本发明中，采用碘氧化铋薄膜作为忆阻器的阻变功能层，碘氧化铋对氧有良好的吸附能力，使得器件内的氧空位变多，这些氧空位可作为顶电极和底电极之间稳定的导电通道，进而使得器件的电阻在发生变化时不会出现突变现象，而是使电阻逐渐变大或变小。因此本发明中的忆阻器在“SET”和“RESET”过程中电导都会逐渐变化，即：电导的状态会有很多，使得器件能更好地模拟生物突触的学习、记忆功能。

本发明所提供的基于碘氧化铋薄膜的忆阻器的制备方法，包括如下步骤：

a、在衬底上制备底电极；

b、在所述底电极上制备碘氧化铋薄膜作为阻变功能层；

c、在所述碘氧化铋薄膜上制备顶电极。

步骤b中采用电化学沉积法制备碘氧化铋薄膜，具体如下：

b-1、将碘化钾溶于去离子水中，形成碘源溶液；

b-2、将五水合硝酸铋作为铋源加入碘源溶液中，搅拌至溶液澄清，再加入稀硝酸，使溶液pH值为1-2，优选为1.7；

b-3、将对苯醌溶于无水乙醇中，并将其加入步骤b-2所得溶液中，形成电解液；

b-4、采用步骤b-3中电解液，用电化学沉积法制备碘氧化铋薄膜，工作电压为-0.1V，沉积时间为300s。