[发明专利]非易失多值忆阻器

说明书

本发明揭示了一种非易失多值忆阻器，包括：衬底、以及依次形成于衬底上的金属底电极、功能层和金属顶电极，其中，金属底电极临近功能层的一侧表面还设置有若干金属纳米颗粒，若干金属纳米颗粒具有至少两种不同的尺寸。本发明还揭示了一种非易失多值忆阻器的制备方法，包括：S1、提供一衬底，并在衬底上制备金属底电极；S2、在金属底电极远离衬底的一侧表面形成若干金属纳米颗粒，若干金属纳米颗粒至少包含两种不同的尺寸；S3、在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面制备功能层；S4、在功能层远离衬底的一侧表面制备金属顶电极。本发明的优点包括：所提供的忆阻器能够实现高一致性非易失多值的特性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种非易失多值忆阻器。

背景技术

人工智能技术的快速发展对高能效处理数据提出更高要求，类脑芯片模拟人大脑具有杰出的能量效率获得广泛关注。忆阻器作为一种具有记忆功能的电阻，电阻具有可塑性，可以完美模拟生物突触，被认为是实现类脑芯片的最佳选择。忆阻器具有金属底电极、功能层、金属顶电极三明治结构，目前众多不同种类的材料被选用作功能层材料，为实现多值忆阻器，通常会通过在功能材料制备过程中引入大量缺陷(氧空位等)来实现。

经过十余年的发展，高一致性的非易失多值忆阻器仍未突破。在功能材料制备过程中引入大量缺陷获得的多值忆阻器大多基于界面效应，具有易失性；基于导电丝的非易失忆阻器一般不具有多值性能，且成丝具有随机性，器件一致性差。实现非易失多值忆阻器，需要解决两个问题：一是导电丝出现的随机性，二是导电丝个数的调控。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种兼具非易失与多值性能的忆阻器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非易失多值忆阻器，以解决现有技术中忆阻器不能兼具非易失与多值性能的问题。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一实施例中，本发明提供一种非易失多值忆阻器，包括：衬底、以及依次形成于所述衬底上的金属底电极、功能层和金属顶电极，其中，所述金属底电极临近所述功能层的一侧表面还设置有若干金属纳米颗粒，所述若干金属纳米颗粒具有至少两种不同的尺寸。

可选的，所述金属纳米颗粒的材质为金；和/或，

所述衬底选用表面形成有氧化硅层的硅片或CMOS芯片；和/或，

所述金属底电极包括与所述衬底联接的粘附层以及位于远离所述衬底一侧的电极层；和/或，

所述金属顶电极包括与所述功能层联接的粘附层以及远离所述功能层一侧的电极层；和/或，

所述功能层的材质为金属氧化物。

可选的，所述金属底电极电极层的熔点高于所述金属底电极粘附层的熔点，优选地，所述金属底电极粘附层材料为钛金属，所述金属底电极电极层的材料为钨金属；和/或，

所述金属顶电极的粘附层的熔点低于所述金属顶电极电极层熔点，优选地，所述金属顶电极粘附层材料为钛氮，所述金属顶电极电极层的材料为钨、或铝、或金；和/或，

所述功能层的材质为氧化铪、或氧化钽、或氧化钨。

可选的，所述金属底电极粘附层厚度2-5nm，所述金属底电极电极层的厚度 30-100nm，所述功能层厚度10-50nm；和/或，所述金属顶电极厚度50-200nm。

可选的，所述金属底电极和金属顶电极在所述衬底上的垂直投影彼此垂直；优选地，

所述非易失多值忆阻器包括多个阵列排布的金属底电极与金属顶电极。

本发明的又一实施例提供一种非易失多值忆阻器的制备方法，所述制备方法包括：