[发明专利]忆阻器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种忆阻器，其包括衬底以及设置在衬底上的间隔的第一电极功能层和第二电极功能层；其中，第一电极功能层和第二电极功能层之间通过纳米线或纳米带连接以实现电子导通。本发明的忆阻器改变了传统的“三明治结构”的忆阻器，通过在衬底上的同一平面上设置两部分间隔的电极功能层，并利用纳米线或纳米带实现二者之间的电子导通，能够保证该忆阻器在循环的正负电压下进行高电阻和低电阻切换，并且得到高电阻值/低电阻值(HRS/LRS)。本发明还提供了上述忆阻器的制作方法，其简化了工艺，也使器件的测试更为便利。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体来讲，涉及一种忆阻器及其制作方法。

背景技术

突触可塑性是学习与记忆的重要分子基础，因此突触仿生和突触可塑性模拟被认为是实现高效类脑人工神经网络的第一步。忆阻器作为第四种基本电路元件，拥有独特的类神经突触非线性电学传输特性，它的出现和发展为实现这一目标提供了可能。突触和忆阻器有着十分相似的传输特性，单个忆阻器便可能模拟一个突触的基本功能；与传统使用的由多个晶体管和电容器相结合的互补金属氧化物半导体(CMOS)来模拟一个突触相比，忆阻器减少了很多能耗，也降低了集成电路的复杂性。

忆阻器是非线性、无源、双端电学器件，其具有或展现作为偏置历史的函数的瞬态电阻水平，其最大的特点为：它的电阻值非恒定，而是随着外加电压或电流的大小、极性而发生变化，并且这些变化具有非易失性，可以在很长一段时间内被保留下来。

传统的忆阻器通常是采用从上至下依次为顶电极、中间介质层、底电极的三明治结构，通常采用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射等真空气相沉积制备，通过调节两个金属电极层之间的电压来改变电阻，实现低阻态和高阻态，制备工艺较为复杂。目前忆阻器的研究主要基于氧化物材料的体系，其工作机理主要依赖离子、氧空位在电场作用下迁移和聚集。然而，基于离子、氧空位迁移的过程速度较慢，很难在顶电极和底电极之间形成导电丝，给低阻态的实现造成了阻碍，得不到很高的开关比，所需偏置电压很大造成功耗大，且受到热效应的影响而使得稳定性较差，随机性很大，难以控制，且很容易受到外界环境的影响，这些都限制了忆阻器的发展。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种忆阻器及其制作方法，该忆阻器通过设置同一平面上的两部分电极功能层，并利用纳米线或纳米带实现二者之间的电子导通，能够使该忆阻器在循环的正负电压下进行高电阻和低电阻切换，并且得到高HRS/LRS(高电阻值/低电阻值)值。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种忆阻器，包括衬底以及设置在所述衬底上的间隔的第一电极功能层和第二电极功能层；其中，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间通过纳米线或纳米带连接以实现电子导通。

进一步地，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间的最小宽度为50nm～50μm。

进一步地，所述第一电极功能层远离所述衬底的顶面和所述第二电极功能层的远离所述衬底的顶面齐平，并且所述纳米线或纳米带的顶面不低于所述第一电极功能层及所述第二电极功能层的顶面。

进一步地，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层的厚度均为1nm～600nm；所述纳米线或纳米带的厚度为1nm～1000nm。

进一步地，所述纳米线或纳米带的材料为Ge₂Sb_2-xBi_xTe₅；其中，0≤x≤2。

进一步地，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层的材料均选自Ag、Cu、Al、Zn、Fe、Mg、Na、Sn中的任意一种。

进一步地，所述忆阻器还包括设置在所述衬底和所述第一电极功能层之间的第一导电电极、以及设置在所述衬底和所述第二电极功能层之间的第二导电电极。