[发明专利]基于SiOx:Ag/AlOx双阻变层的忆阻突触器件及方法

说明书

本发明提供一种基于SiO_x:Ag/AlO_x双阻变层的忆阻突触器件及制备方法，包括从上至下依次设置的上电极、第一阻变层、第二阻变层、下电极；所述忆阻突触器件第二阻变层作为金属离子阻挡层插入在第一阻变层与下电极之间；所述忆阻突触器件的制备方法包括如下步骤：(1)准备p型重掺杂单晶抛光硅片，并进行清洗和干燥处理；(2)采用磁控溅射方法在p型重掺杂单晶硅片上制备第二阻变层；(3)采用反应磁控共溅射方法在第二阻变层上制备第一阻变层；(4)采用直流磁控溅射方法在第一阻变层上制备上电极。

技术领域

本发明属于硅基电子学器件与神经形态芯片领域，具体涉及一种基于SiO_x:Ag/AlO_x双阻变层的忆阻突触器件及其制备方法。

背景技术

近年来，基于忆阻器的人工神经突触备受研究者的关注。“三明治”结构是典型的忆阻器件结构，这种结构顶层为上电极，底层为下电极，中间层是忆阻材料。忆阻材料主要有三类阻变机制：离子效应、电子效应和热效应，基于离子效应的忆阻材料是目前的研究热点。对于离子效应，根据不同的离子种类，可分为由阴离子引起的价态变化记忆效应存储器(valence change memory,VCM)和由阳离子引起的电化学金属化存储器(electrochemicalmetallization cell,ECM)。VCM器件载体为氧化物绝缘体，在电场作用下氧离子发生迁移，产生氧空位缺陷，从而形成通道实现阻变；ECM器件则是通过调控金属离子在介质层中形成的导电通道实现阻变，其上电极一般为活泼金属，下电极一般为惰性电极。由于工作原理不同，基于不同的材料体系构建的忆阻器制备人工神经突触器件，具备不同的突触性能。

基于“金属上电极/SiO_x/下电极”结构构建的忆阻器，具备开关比大、阈值电压低等优点。但是，“金属上电极/SiO_x/下电极”结构的忆阻器，由于阻变层只有简单的一层介质SiO_x薄膜，不能实现权重的连续可调，限制了其在人工神经突触中的应用。为了实现突触权重的连续可调，研究者们使用含不同Ag浓度的梯度SiO_x:Ag来替换SiO_x，但是，性能改善并不明显。到目前为止，如何很好地实现“突触权重连续可调”和“突触性能工作稳定”等，是基于SiOx:Ag单阻变层忆阻突触器件能否成功用于人工神经突触需要解决的一个重要问题(参考依据：CN 107611260A，CN 109037442A，CN 106098932A，CN 108933178A，CN 105304813A，CN 104916313A，CN 104934534A)。

发明内容

为了更好地解决以上问题，本发明提出了一种基于SiO_x:Ag/AlO_x双阻变层的忆阻突触器件及其制备方法。这种双阻变层忆阻突触器件在结构上增加了一层金属离子迁移阻挡层，能够有效调控突触器件的电学响应特性，使器件在电学激励下的“阻值变化连续可调”、“突触性能工作稳定”、“器件寿命更为持久”。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种基于SiO_x:Ag/AlO_x双阻变层的忆阻突触器件，包括从上至下依次设置的上电极、第一阻变层、第二阻变层、下电极；

所述的第一阻变层3是通过反应磁控共溅射方法获得的含银纳米颗粒的SiO_x薄膜，x＝1.8～2.0，厚度为25nm～80nm，银纳米颗粒体积含量为15％～35％；

所述忆阻突触器件第二阻变层作为金属离子阻挡层插入在第一阻变层与下电极之间；

所述的第二阻变层4是通过磁控溅射方法获得的AlO_x薄膜，x＝1.2～1.5，厚度为10nm～30nm；