[发明专利]一种水平结构的忆阻器及均一性优化方法

说明书

本发明的一种水平结构的忆阻器及均一性优化方法，包括双端水平电极、介电材料、基底；其中，双端水平电极具有对称性，采用金属作电极，以钙钛矿微米棒材料作为介电材料，以表面有SiO₂的硅片、玻璃片、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯这些作为基底。本发明的忆阻器均一性优化方法通过清洗、烘干、UVO亲水化处理、钙钛矿微米棒制备、EBL预制水平结构电极、蒸镀及干法转移钙钛矿微米棒得到最终器件；本发明的优化方法利用晶体表面的金属离子迁移活化能较低，为离子迁移提供了最优选的路径，从而在维度上限域CF的形成，提高了器件的稳定性和均一性。

技术领域

本发明涉及电子材料技术领域，具体涉及一种水平结构的忆阻器及均一性优化方法。

背景技术

人工智能(artificial intelligence，AI)和大数据分析的蓬勃发展正在不断的推动数据处理和存储方式的革命。面对存储速度和能耗等关键技术问题，科学家通过基于神经形态计算(in-memory computing)概念的新型计算系统来进行海量数据信息的并行检索、处理和存储。其中，忆阻器因其简单的双端结构，以及出色的存储性能(亚纳秒开关时间、皮焦耳多比特可编程性和高度集成结构)而受到越来越受到关注。通过“设置”(SET)和“复位”(RESET)操作，使得忆阻器具有两种或多种可切换电阻状态。其典型的电阻变化机制是基于局部缺陷浓度变化而形成或断裂具有相对高导电性的一个或多个导电细丝(conductive filaments，CF)。其中忆阻器阻变层中的缺陷可能来自于阻变材料本身，例如，金属氧化物中的负离子空位形成的缺陷，或从活性金属电极经离子传输而通过绝缘介质而形成的缺陷。然而由于离子/原子迁移本身的随机性，使得三维尺度上动态控制CF的形成或断裂具有同一器件不同循环次数之间，以及不同器件之间的存储性能的差异性(例如SET和RESET电压,高阻态(high resistance state，HRS),低阻态(low resistance state，LRS)等)，这些差异性极大地影响了忆阻器的可靠性(例如电阻值不确定性,电阻态的不均匀性和不稳定的能耗值等),因此阻碍忆阻器在神经形态计算中的进一步应用。

探索将CF限域在忆阻器阻变层的策略是解决忆阻器在实际神经形态计算中的可靠性问题的关键步骤。最近，Kim等人利用在p-Si上设计的带有突起的顶部电极，并在设计后的电极上生长SiGe阻变层来尝试形成较稳定的Ag离子扩散通道(Nat.Mater.2018，17,335-340)。随后，该小组进一步制备基于Ag-Cu合金电极的忆阻器，其中预成形的Cu柱可以极大改善银原子的运动通道，提高了器件的稳定性(Nat.Nanotechnol.2020，15,574-579)。此外，Liu等人还制备了一种基于阳离子的忆阻器，利用具有缺陷结构的石墨烯中的本征离子渗透率来调控忆阻器中CF尺寸(Adv.Mater.2018，30,1705193)。这些方法虽然实现了对忆阻器的稳定性的有效调控，然而本身制备方法过于复杂，不利于后续工业应用的进一步产业化。

发明内容

本发明提出的一种水平结构的忆阻器及均一性优化方法，可解决现有忆阻器器件的稳定性不足，均一性较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

包括双端水平电极、介电材料、基底；

其中，双端水平电极具有对称性，采用金属作电极，以钙钛矿微米棒材料作为介电材料，以表面有SiO₂的硅片(SiO₂/Si)、玻璃片、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalate，PEN)这些作为基底。

进一步的，电极的金属为金、银、铝、镁之一。

另一方面，本发明公开一种忆阻器均一性优化方法，包括以下步骤，

步骤一：清洗；