[发明专利]一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器

权利要求书

1.一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器，其基本结构由下至上依次包括底电极层、氧化物层、顶电极层；其特征在于：所述氧化物层的功能是作为阻变功能层，包括第一氧化物层和第二氧化物层两层，第二氧化物层靠近底电极层一侧；所述的第二层氧化物层为多孔结构，为类熔洞分级多孔结构，且该多孔结构的多孔通道相互连通，在电场作用下可调控金属离子的输运；撤去外电场时，可存储金属离子。

2.根据权利要求1所述的一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述的第二氧化物层为氧化硅(SiO_x)。

3.根据权利要求1所述的一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述的第二氧化物层，即多孔氧化硅(SiO_x)层的制备过程如下：在恒流模式下，在浓度为1％的氢氟酸(HF)溶液中，将高度掺杂的P(100)Si、高度掺杂的P(111)Si、高度掺杂的N(100)Si、高度掺杂的N(111)Si中的一种作为阳极，铂(Pt)、金(Au)中的一种作为阴极，利用电化学阳极氧化法，制备出多孔硅，然后将多孔硅放入管式炉，在氧气的环境中对其进行热氧化处理，其氧化温度为800℃～900℃，制备而成厚度为150～200纳米的多孔氧化硅。

4.根据权利要求1所述的一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述的多孔结构包括大孔-中孔-小孔，且相互连通。

5.根据权利要求1所述的一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述的第一氧化物层为钴酸锂(LiCoO₂)、钴酸钠(NaCoO₂)、钴酸钾(KCoO₂)、钴酸镁(Mg(CoO₂)₂)中的一种，或者离子掺杂钴酸锂(LiCoO₂：A)、离子掺杂钴酸钠(NaCoO₂：：A)、离子掺杂钴酸钾(KCoO₂：A)、离子掺杂钴酸镁(Mg(CoO₂)₂：A)中的一种。

6.根据权利要求5所述的一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述离子A包括各种碱金属以及碱土金属元素，具体为锂(Li⁺)、钠(Na⁺)、钾(K⁺)、镁(Mg²⁺)中的一种、两种或两种以上。

7.权利要求1所述的一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述的第一氧化物层为绝缘体，在电场作用下，金属离子可以从第一氧化物层结构中自由脱/嵌，第一氧化物层的电阻值发生变化；当金属离子从第一氧化物层中脱离时，第一氧化物层由绝缘体变为半导体或导体；反之，当金属离子再次嵌入到第一氧化物层时，第一氧化物层由导体变为半导体或绝缘体，且第一氧化物层的微结构不会发生明显变化，厚度为80～100纳米。

8.权利要求1所述的一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述的顶电极层包括各种惰性金属，具体为铂(Pt)、金(Au)中的一种，厚度为80～100纳米。

9.权利要求1所述的一种基于熔洞状分级多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述的底电极层主要包括高度掺杂的P(100)Si、高度掺杂的P(111)Si、高度掺杂的N(100)Si、或高度掺杂的N(111)Si中的一种，厚度为320～330微米。

10.一种应用所述的忆阻器实现忆阻效应的方法，包括如下步骤：

步骤一、写入过程，底电极层接地，对顶电极层施加连续的正向电压；第一氧化物层的金属离子在电场的作用下，从第一氧化物层脱离，进入第二氧化物层即多孔氧化硅层，与多孔氧化硅发生氧化还原反应，器件阻态改变；

步骤二、擦除过程，继续对顶电极层Au/Pt施加连续的负向电压；在电场的作用下，金属离子从第二氧化物层即多孔氧化层中脱离，回到第一氧化物层；由于多孔氧化硅层中相互连通的分级多孔结构，使得撤去外电场后，金属离子仍能很好的嵌入在氧化硅层中，实现器件的电导的保存，器件表现出多态特性。