[发明专利]基于1T1R结构的光电耦合钙钛矿忆阻器及交叉阵列集成结构

说明书

本发明涉及一种基于1T1R结构的光电耦合钙钛矿忆阻器及交叉阵列集成结构，该光电耦合钙钛矿忆阻器包括：形成有MOSFET结构的1T1R底座和位于1T1R底座上的RRAM结构，其中，RRAM结构包括底电极、钙钛矿层、顶电极、透光绝缘层和Ga₂O₃层，底电极位于1T1R底座上且与MOSFET结构的漏极电连接；钙钛矿层位于底电极上；顶电极位于钙钛矿层上；透光绝缘层位于钙钛矿层上且与顶电极相接触；Ga₂O₃层设置在透光绝缘层上。该光电耦合忆阻器不仅可以通过不同光信号改变自身阻值，实现信息的写入与存储，并通过施加负电脉冲实现信息的擦除，还可以作为单个忆阻器运用到人工神经网络的运算与非易失性状态逻辑运算当中。

技术领域

本发明属于半导体集成技术领域，具体涉及一种基于1T1R结构的光电耦合钙钛矿忆阻器及交叉阵列集成结构。

背景技术

人工智能作为引领未来的前沿性、战略性技术，是第四次科技革命的核心驱动力，也是加快新冠疫情后的产业复苏、催生新就业的有力武器。神经芯片的硬件优化设计，是实现强人工智能的一个重要的方向，而忆阻器是神经芯片的核心器件。

忆阻器是一个与磁通量和电荷(q)相关的无源电路元件，其电阻满足关系。简单地说，忆阻器的电阻值与外加电流和电压的历史数据相关，表现出具有记忆功能的非线性电阻特性。忆阻器的这种记忆特性使其成为除电阻、电容、电感之外的第四种基本电路元素，并且在模拟电路、存储器件、神经网络等众多领域具有广阔的应用前景。

基于1TIR(1Transistorand1RRAM Device，1晶体管1阻变存储器)结构的忆阻器是一种重要的新型半导体器件。1TIR结构的忆阻器是将MOSFET和忆阻器结合的器件，具有抑制crossbar(交叉开关矩阵)阵列的旁路电流的能力。混合MOSFET电路设计的CMOS忆阻器是一种常用集成电路设计，目前被广泛应用在新型存储，人工神经网络加速器和存算一体结构的处理器中。

钙钛矿作为一种光电半导体材料，拥有直接带隙、高发光量子效率、发光谱线窄、制备成本低、以及带宽从蓝光到近红外区域连续可调等优良特性。以钙钛矿为忆阻材料所获得的忆阻器具有高HRS(high resistance state，高阻态)/LRS(Low resistancesstate，低组态)比、高重复性、高非易失性等优势。不仅如此，由于钙钛矿是优秀的光电材料，意味着钙钛矿忆阻器同时响应光信号和电信号激励，可以给忆阻器件开拓新的光-电耦合应用领域。

因此，制备一种可以通过不同光电信号实现信息的写入存储并可以通过电信号进行擦除的忆阻器集成器件成为目前亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于1T1R结构的光电耦合钙钛矿忆阻器及交叉阵列集成结构。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于1T1R结构的光电耦合钙钛矿忆阻器，包括：形成有MOSFET结构的1T1R底座和位于所述1T1R底座上的RRAM结构，其中，所述RRAM结构包括底电极、钙钛矿层、顶电极、透光绝缘层和Ga₂O₃层，

所述底电极位于所述1T1R底座上且与所述MOSFET结构的漏极电连接；

所述钙钛矿层位于所述底电极上；

所述顶电极位于所述钙钛矿层上；

所述透光绝缘层位于所述钙钛矿层上且与所述顶电极相接触；

所述Ga₂O₃层位于所述透光绝缘层上。

在本发明的一个实施例中，所述1T1R底座的宽度为0.5～2μm，长度为4～8μm。