[发明专利]一种浮栅型FLASH突触器件结构及其制备方法

说明书

本发明公开一种浮栅型FLASH突触器件结构及其制备方法，属于微电子集成电路技术领域。浮栅型FLASH突触器件单元包括2个共浮栅且共控制栅的FLASH管：1个pFLASH管T1和1个nFLASH管T2；所述pFLASH管T1和所述nFLASH管T2通过共栅方式控制pFLASH管T1和nFLASH管T2多种存储信息状态，以建立T1和T2的STDP学习函数，实现该FLASH突触器件的LTD与LTP基本功能。本发明基于共浮栅和共享电荷技术实现了浮栅电荷量对沟道电阻改变，进而可以转化为编程时间脉冲与导通电阻或读取电流之间的权重关系，实现突触器件的LTP和LTD功能。该器件具有低功耗、编程时间短、多电阻分布区的特点，结构工艺兼容于CMOS，步骤简单，安全可靠，在人工神经网络应用方面有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及微电子集成电路技术领域，特别涉及为人工智能神经形态芯片提供一种浮栅型FLASH突触器件结构及其制备方法。

背景技术

神经元是大脑信息处理的基本单元，突触则是神经元之间在功能上发生联系的部位，是指一个神经元的冲动传到另一个神经元或传到另一细胞间的相互接触的结构，是信息传递和处理的关键部位；其人工构造的突触被广泛认为是硬件构建类脑计算机和人工智能系统的核心器件。目前，人工突触器件类型主要包括双端突触器件和多端突触器件，前者包括阻器突触器件(阻变存储器和相变存储器)，后者包括浮栅突触器件、铁电门突触器件、电解质门突触器件和光电突触器件等。浮栅突触器件主流的有FLASH型(电荷存储型和电荷陷阱型)、Au浮栅的CNT型、C60浮栅型、Au纳米颗粒型等，目前成熟度较高的是FLASH型浮栅突触器件。

而传统FLASH浮栅突触器件，如发明专利US5136175公开的FLASH型突触器件是由2T-FLASH器件和一个电容构成，而且要实现长程增强(Long-term Potentiation-LTP)和长时程抑制(Long-term Depression-LTD)功能(即脉冲时间依赖的可塑性-STDP)，需要两对突触器件才可以实现，存在使用有源和无源器件种类多、结构复杂、集成度低、功耗大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浮栅型FLASH突触器件结构及其制备方法，以解决传统FLASH浮栅突触器件结构复杂、集成度低的问题。

本发明提供一种浮栅型FLASH突触器件结构，包括多个浮栅型FLASH突触器件单元；所述浮栅型FLASH突触器件单元包括2个共浮栅且共控制栅的FLASH管：1个pFLASH管T1和1个nFLASH管T2；

所述pFLASH管T1和所述nFLASH管T2通过共栅方式控制pFLASH管T1和nFLASH管T2多种存储信息状态，以建立T1和T2的STDP学习函数，实现该FLASH突触器件的LTD与LTP基本功能。

可选的，建立pFLASH管T1和nFLASH管T2的STDP学习函数，实现该FLASH突触器件的LTD与LTP基本功能，且通过编程与擦除实现两种正反STDP学习函数模型，包括：

(1)根据电荷共享基本原理，pFLASH管T1和nFLASH管T2阈值变化量均由编程与擦除方式实现充入和移除的电荷量决定，且T1和T2的阈值变化量表现为等值变化；

(2)所述电荷共享基本原理是：其中，ΔV_th是阈值电压变化量，ΔQ是浮栅电荷变化量，C_FG是浮栅与控制栅之间的电容；器件的阈值电压的变化量是由时间和编程电压决定的，即ΔV_th(t)＝F(ΔQ(t))＝F(t、V_D、V_CG)；其中，t是时间，V_D是T1或者T2的漏端电压，V_CG是控制栅电压；