[发明专利]基于过渡金属碳化物的忆阻器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于过渡金属碳化物的忆阻器件及其制备方法，所述忆阻器件包括从上至下依次排列的顶电极、阻变层和底电极，且阻变层、底电极与衬底的形状、尺寸一一匹配；阻变层包括介质层和敷设在该介质层上方的过渡金属碳化物膜，顶电极通过掩膜板的开孔溅射在过渡金属碳化物膜的顶部，底电极的顶部、底部分别与介质层、衬底相触接。该忆阻器件的导电性和稳定性佳，可有效模拟突触权重的变化，实现模拟突触可塑性的功能，具有广阔的应用前景；此外，本发明的制备方法简便、高效，成本低。

技术领域

本发明涉及一种忆阻器件及其制备方法，具体涉及一种基于过渡金属碳化物的忆阻器件及其制备方法，属于类脑器件、类脑计算系统及类脑神经电路技术领域。

背景技术

类脑计算，与依赖于冯·诺依曼架构的传统计算相比，在各项认知任务中均表现出较强的优势。忆阻器件是一种基于电阻转变效应的二端口非线性无源电子器件，能够记忆流经的电荷量，具有与神经突触极相似的特性，可作为人工突触的最佳选择。研究忆阻器件模拟突触的短期可塑性，对于发展神经形态计算至关重要。

现有技术中，对各类忆阻器件分别进行电学测试、物理表征和生物可塑性测试，但仿突触的可塑性效果均不佳。过渡金属碳化物在电子显微镜下呈薄片状（如图1所示），并在二维空间表现出优异的导电性，可增强导电细丝的形成；基于过渡金属碳化物的忆阻器件除具有忆阻器件本身的优异特性外，还具有类似突触的短期可塑性，因此，对基于过渡金属碳化物的忆阻器件的可塑性研究，就成为本领域技术人员的研究重点，并为实现可控的神经形态器件奠定了基础。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于过渡金属碳化物的忆阻器件及其制备方法，该忆阻器件的导电性和稳定性佳，可有效模拟突触权重的变化，实现模拟突触可塑性的功能，具有广阔的应用前景；此外，本发明的制备方法简便、高效，成本低。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于过渡金属碳化物的忆阻器件，设置在衬底上，所述忆阻器件包括从上至下依次排列的顶电极、阻变层和底电极，且所述阻变层、底电极与所述衬底的形状、尺寸一一匹配；所述阻变层包括介质层和敷设在该介质层上方的过渡金属碳化物膜，所述顶电极通过掩膜板的开孔溅射在所述过渡金属碳化物膜的顶部，所述底电极的顶部、底部分别与所述介质层、衬底相触接。

进一步地，所述介质层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度为80nm。

进一步地，所述顶电极为铝、钼、铌、铜、金、钯、铂、钽、钌、氧化钌、银、氮化钽、氮化钛、钨、氮化钨中的一种。

进一步地，所述顶电极的厚度为100nm。

进一步地，所述底电极为铝、钼、铌、铜、金、钯、铂、钽、钌、氧化钌、银、氮化钽、氮化钛、钨、氮化钨中的一种。

进一步地，所述底电极的厚度为90nm。

进一步地，所述衬底为硅衬底层。

另一方面，本发明提供一种上述基于过渡金属碳化物的忆阻器件的制备方法，包括如下步骤：

S1）真空环境下，将衬底固定在溅射系统的靶枪上，选取底电极材料作为溅射源，通过磁控溅射仪沉积底电极，底电极均匀、完全覆盖在衬底上表面；

S2）保持步骤S1的真空环境，更换介质层溅射源，在所述底电极的上表面均匀、完全溅射出介质层；

S3）取过渡金属碳化物和去离子水按照1:100的质量比混合，搅拌5min-15min，制得过渡金属碳化物悬浊液；

S4）吸取步骤S3中过渡金属碳化物悬浊液的上层浊清液，滴在步骤S2的介质层上，通过甩胶机旋涂1min-3min，使得介质层的上表面均匀覆盖一过渡金属碳化物膜，制得阻变层；