[发明专利]基于银铜合金电极的突触仿生器件及其制备方法

说明书

本发明公开的是一种基于银铜合金电极的突触仿生器件及其制备方法。所述器件自下而上依次包括硅衬底、二氧化硅绝缘层、钛粘附层、铂底电极层、氧化铪膜层以及银铜合金顶电极层。本发明提供的基于银铜合金电极的器件具有形成电压和设定电压低、开关电压分布集中、响应速度快等优点。本发明器件在不同的脉冲参数下，得到了电导的突变和渐变两种现象。其还具有多种综合性突触功能，如峰值依赖性可塑性（SRDP）、成对脉冲易化（PPF）和强直后增强（PTP）。这为大规模导电桥接式记忆器件神经形态计算系统的进一步开发奠定了基础。

技术领域

本发明涉及忆阻器技术领域，具体涉及一种基于银铜合金电极的突触仿生器件及其制备方法。

背景技术

生物突触的模拟是建立神经形态学系统的基础和关键步骤。基于传统电子元件的各种突触装置已被开发用于神经形态学计算。然而，这些突触装置在功耗和可伸缩性方面并不高效。近年来，一些新的电子装置被证明具有突触功能。其中，忆阻器是一种简单的双端装置，与生物突触最为相似。它具有许多有前途的突触特性，已被广泛研究。忆阻器具有人工突触固有的学习记忆特性，可以模拟生物突触。忆阻器，是指带有电化学活性电极（银或铜）的离子扩散忆阻器，也称为导电桥随机存取存储器，它呈现出与生物钙离子相似的银离子或者铜离子扩散动力学。导电桥随机存取存储器利用电化学活性离子迁移，被认为是未来非易失性存储器应用的潜在候选。然而，大参数变化仍然是限制存储器大规模商业化的主要挑战之一。循环周期和器件之间的可变性是由于导电桥随机存取存储器中导电丝的微观特征的不确定性造成的。离子在开关层中的随机迁移将严重影响导电丝的位置和形状。众所周知，开关层中的缺陷和由活性电极和开关层之间的界面引起的不均匀性将进一步加剧这种情况。

在此，我们用银铜合金电极代替传统的银或铜电极，可以获得更好的仿生突触性能，该器件具有形成电压和设定电压低、开关电压分布集中、响应速度快等优点。利用不同的脉冲参数会影响渐变电导和突变电导的调制的特性，通过设置各种脉冲测量来模拟人脑学习遗忘过程中的突触功能例如尖锋时序依赖突触可塑性（STDP）双脉冲易化（PPF）和强直后增强（PTP），工艺简单，易于操作，我们的工作为人工突触的设计建立了一个新的体系结构，它是神经形态计算的基本组成部分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于银铜合金电极的突触仿生器件及其制备方法，以解决现有忆阻器仿生突触性能不理想的问题。

本发明的目的是通过以下技术特征实现的：一种基于银铜合金电极的突触仿生器件，所述突触仿生器件的结构是在衬底上依次制备有铂底电极层、氧化铪膜层和银铜合金顶电极层。

所述器件自下而上依次包括硅衬底、二氧化硅绝缘层、钛粘附层、铂底电极层、氧化铪膜层以及银铜合金顶电极层。

铂底电极层采用电子束沉积法制备，其厚度为50~70nm。

氧化铪膜层采用磁控溅射法制备，其厚度为15~25nm。

银铜合金顶电极层采用磁控溅射法制备，其厚度为60~80nm。

银铜合金顶电极层中，银与铜的原子比为1∶1。

上述突触仿生器件的制备方法，包括如下步骤：

a、粘附层溅射：采用磁控溅射设备在二氧化硅/硅衬底上溅射钛粘附层，所述钛粘附层的厚度为20~25nm；

b、底电极层沉积：采用电子束蒸镀法在步骤a所得样品上沉积铂底电极层；

c、阻变层制备：将步骤b所得样品固定在磁控溅射设备腔体的样品台上，抽真空至1×10^-4~4×10^-4 Pa，通入氩气和氧气，使工作压强维持在2~4 Pa，然后在溅射功率70~90W条件下溅射氧化铪靶材50~80min，制得氧化铪膜层；