[发明专利]一种光存储复合型忆阻器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种光存储复合型忆阻器及其制备方法与应用，包括光电探测器和pn异质结构模拟型忆阻器，光电探测器和pn异质结构模拟型忆阻器共用一个衬底，光电探测器从衬底往上依次包括光电转化层和金属上电极，pn异质结构模拟型忆阻器从衬底往上依次包括金属下电极、p型氧化物薄膜层、n型氧化物薄膜层、金属上电极；光电探测器的金属上电极与pn异质结构模拟型忆阻器的金属上电极是连接在一起。本发明采用模拟型忆阻器(突触器件)与光电探测器复合制备成复合型忆阻器，可以通过不同光激发图像传感器光电导效应，精确调节模拟型忆阻器两端电压及电阻值，最终可以实现光信号对忆阻器阻值的精确调控，从而进一步实现更真实的人工视觉记忆仿生模拟。

技术领域

本发明属于光信息存储技术领域，具体涉及一种光存储复合型忆阻器及其制备方法与应用。

背景技术

近三十年来，人工智能获得了迅速的发展，与基因工程和纳米科学并称“21世纪三大尖端技术”。其在机器视觉、指纹识别、人脸识别、视网膜识别、掌纹识别、智能搜索、博弈、智能控制、机器人学等学科领域都有广泛应用，并取得了丰硕的成果。利用多功能集成电子器件来实现人体基本功能的仿生模拟一直是人工智能研究的热点。

人类就是通过眼、耳、鼻、口、舌等器官来感知外界客观世界的，其中80％以上的信息来自于视觉。人体视觉系统是利用眼睛来感知外界的光线信息，得到图像信息，并将感知的图像信息存储到大脑神经系统中。图像传感器具有类似眼睛的功能，利用光响应半导体实现光电转换，如光电二极管、光电晶体管等，在光信号刺激下产生电子-空穴对，并将其转化成具有相应比例关系的电流信号，从而实现对光信号的收集与探测。然而，当去除外部光信号刺激时，感知到的图像信息便会随即消失，图像传感器无法实现对感知信息的存储。而忆阻器作为新兴的存储器件，具有阻值可随流经电荷动态调节，具备内在自主学习能力，以及存储与运算合二为一等特点。同时，忆阻器的尺度可在纳米范围，有希望在单一芯片中实现可比拟大脑容量的神经网络，被认为是实现人工神经突触的理想选择。因此，为了构建更加真实的人工视觉记忆器件，将图像传感器与忆阻器进行合理的集成可能是一种可行而有效的途径。但目前的人工视觉记忆系统所采用的都是数字型忆阻器，只有高低阻两种或多重电阻态，一般只能实现图像信息的长久记忆，除非用电刺激使忆阻器件复原。

发明内容

本发明的目的是提供一种光存储复合型忆阻器及其制备方法与应用，该复合型忆阻器可以通过光信号精准调节忆阻器件电阻值，从而实现利用人工视觉记忆器件完成对光信息的记忆与遗忘过程，实现更真实的人工视觉记忆仿生模拟。

本发明这种光存储复合型忆阻器，包括光电探测器和pn异质结构模拟型忆阻器，光电探测器和pn异质结构模拟型忆阻器共用一个衬底，光电探测器从衬底往上依次包括光电转化层和金属上电极，pn异质结构模拟型忆阻器从衬底往上依次包括金属下电极、p型氧化物薄膜层、n型氧化物薄膜层、金属上电极；光电探测器的金属上电极与pn异质结构模拟型忆阻器的金属上电极是连接在一起，实现光电探测器与模拟型忆阻器的串联。

所述的衬底为石英或者蓝宝石衬底；所述的光电转化层为Ga₂O₃薄膜层，厚度为50～200nm；光电探测器的金属上电极为Ni、Al、Au或Pt的一种或多种组合。

所述的金属下电极为Ni、Al、Au或Pt中的一种，厚度为100～200nm；p型氧化物薄膜层为NiO或CuAlO₂薄膜层，厚度为50～100nm；n型氧化物薄膜层为ZnO或TiO₂薄膜层，厚度为50～100nm；模拟型忆阻器的金属上电极为Ni、Al、Au或Pt的一种或多种组合。

所述光电探测器的金属上电极与pn异质结构模拟型忆阻器的金属上电极是相同的，包括方形和叉指两种，金属上电极的厚度100～200nm。

本发明这种复合型忆阻器的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先衬底，在衬底上进行光刻图案，再利用磁控溅射的方法，在衬底上生长光电转化层；