[发明专利]一种离子型两端仿生忆阻器件及其制备方法

说明书

本发明公开一种离子型两端仿生忆阻器件及其制备方法。该离子型两端仿生忆阻器件包括：衬底；底层电极，形成在所述衬底上，以一定间隔沿第一方向平行排列，作为忆阻器的一端；离子凝胶，形成在所述底层电极上，作为忆阻器的功能层；顶层电极，形成在所述离子凝胶上，以一定间隔沿第二方向平行排列，与底层电极呈交叉阵列结构，作为忆阻器的另一端，其中，忆阻器的两端分别对应着突触前端与突触后端，忆阻器的功能层对应突触间隙，利用离子凝胶中离子的可扩散性模拟类脑神经突触中的离子迁移，实现导电通道的信息传递，模拟类似生物体中的离子通道作用，完成神经突触权重调制过程。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种离子型两端仿生忆阻器件及其制备方法。

背景技术

随着摩尔定律的发展，新型的尺度微缩型存储器件的需求日益增加。两端结构的忆阻器具有CMOS工艺兼容、结构简单、操作速度快、功耗低、易于微缩与高密度集成等优点，非常适合应用在下一代的电子器件。

神经突触器件作为类脑神经形态计算的基础元器件，可以从架构上打破传统计算体系的瓶颈，提高芯片的计算能效，受到了广泛的关注。神经突触器件需要对突触权重进行连续调节，从而完成类似人脑的计算模式。目前报道的神经突触器件多基于缺陷调控、电荷擦写、极化翻转等机制，难以实现完全类似生物的突触权重调节过程。

生物单元中存在着大量的离子通道，而神经突触的权重变更依赖于Na⁺/K⁺等离子的扩散。为了实现更贴合于生物的权重调节，需要构建离子扩散型的电子器件模拟信息传递过程。因此，开发离子型神经突触器件已成为研发神经形态系统的重要步骤。虽然已有部分三端离子型晶体管神经突触器件被研发，但受限于最小单元尺寸与集成密度等因素的限制，难以满足高密度集成的需求，急需开发新型的仿生神经突触器件。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计制作了一种离子型两端仿生忆阻器件，利用离子凝胶作为忆阻器的功能层，实现导电通道的信息传递，模拟类似生物体中的离子通道作用，完成神经突触权重调制过程，构建性能更接近于生物的电子神经突触器件。

该离子型两端仿生忆阻器件，包括：衬底；底层电极，形成在所述衬底上，以一定间隔沿第一方向平行排列，作为忆阻器的一端；离子凝胶，形成在所述底层电极上，作为忆阻器的功能层；顶层电极，形成在所述离子凝胶上，以一定间隔沿第二方向平行排列，与底层电极呈交叉阵列结构，作为忆阻器的另一端，其中，忆阻器的两端分别对应着突触前端与突触后端，忆阻器的功能层对应突触间隙，利用离子凝胶中离子的可扩散性模拟类脑神经突触中的离子迁移，实现导电通道的信息传递，模拟类似生物体中的离子通道作用，完成神经突触权重调制过程。

本发明的离子型两端仿生忆阻器件中，优选为，通过对顶层电极施加连续的脉冲刺激，以忆阻器的电导状态作为突触权重，完成神经突触权重调制过程：当在顶层电极施加正向脉冲时，忆阻器中离子会在电压的激励下向底层电极移动并积累，最终在底层电极和顶层电极连接成为导电的通道，实现突触权重的增强作用；当在顶层电极施加负向脉冲时，离子形成的导电通道被破坏，离子的分布更加无序，从而导致器件的电导变小，实现突触权重的抑制作用。

本发明的离子型两端仿生忆阻器件中，优选为，所述离子凝胶中凝胶溶质离子是生物体中存在的重要元素离子，凝胶溶剂是可溶解所述凝胶溶质离子且不与之发生反应的有机物。

本发明的离子型两端仿生忆阻器件中，优选为，所述凝胶溶质离子是Li⁺、Na⁺、Ca²⁺、K⁺中的一种或其组合，凝胶溶剂是PEO、PI、PVA、PVP中的一种或其组合。

本发明的离子型两端仿生忆阻器件中，优选为，所述离子凝胶为LiClO₄/PEO混合凝胶。