[发明专利]包括不对称铁电器件对的计算单元及其形成方法

说明书

本公开涉及包括不对称铁电器件对的计算单元及其形成方法。一种铁电计算单元，包括：第一铁电开关器件，包括第一铁电材料部分并生成数字输出信号；以及第二铁电开关器件，包括第二铁电材料部分并生成模拟输出信号。第一铁电开关器件和第二铁电开关器件中的一者的输出节点电连接到第一铁电开关器件和第二铁电开关器件中的另一者的栅极电极，以提供随机数字开关和模拟开关的混合响应特性。

技术领域

本公开涉及包括不对称铁电器件对的计算单元及其形成方法。

背景技术

以器件为中心的神经形态计算难以实现，因为需要在物理实现的计算器件中同时提供存储功能和阈值响应功能。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种铁电器件，包括铁电计算单元，所述铁电计算单元包括：第一铁电开关器件，所述第一铁电开关器件包括第一铁电材料部分并且生成数字输出信号，所述第一铁电材料部分具有第一面积尺寸且设置在第一栅极电极和第一电流沟道之间，并且所述第一铁电材料部分根据所述第一栅极电极处的第一偏置电压来调节所述第一电流沟道的电导率；以及第二铁电开关器件，所述第二铁电开关器件包括第二铁电材料部分并且生成模拟输出信号，所述第二铁电材料部分具有大于所述第一面积尺寸的第二面积尺寸且设置在第二栅极电极和第二电流沟道之间，并且所述第二铁电材料部分根据所述第二栅极电极处的第二偏置电压来调节所述第二电流沟道的电导率，其中，所述第一铁电开关器件和所述第二铁电开关器件中的一者的输出节点电连接到所述第一铁电开关器件和所述第二铁电开关器件中的另一者的栅极电极。

根据本公开的一方面，提供了一种包括计算单元的器件，所述计算单元包括：数字输出开关器件，生成数字输出信号并且包括第一电流沟道，所述第一电流沟道根据位于所述第一电流沟道附近的第一栅极电极处的第一偏置电压来提供经调节的电导率；以及模拟输出开关器件，生成模拟输出信号并且包括第二电流沟道，所述第二电流沟道根据位于所述第二电流沟道附近的第二栅极电极处的第二偏置电压来提供经调节的电导率，其中，所述第一铁电开关器件和所述第二铁电开关器件中的一者的输出节点电连接到所述第一铁电开关器件和所述第二铁电开关器件中的另一者的栅极电极。

根据本公开的一方面，提供了一种制造包括铁电计算单元的铁电器件的方法，包括：在衬底之上形成包括响应于外部电场而移动的电荷载流子的电流沟道材料层；在所述电流沟道材料层之上形成铁电材料层和栅极电极层；将所述栅极电极层和所述铁电材料层图案化为第一栅极电极和第一铁电材料部分的第一栅极堆叠以及第二栅极电极和第二铁电材料部分的第二栅极堆叠，其中，所述电流沟道材料层的位于所述第一铁电材料部分之下的部分包括第一电流沟道，并且所述电流沟道材料层的位于所述第二铁电材料部分之下的部分包括第二电流沟道；以及通过将所述第一电流沟道、所述第二电流沟道、所述第一栅极电极和所述第二栅极电极进行电连接，来形成包括第一铁电开关器件和第二铁电开关器件的铁电计算单元，其中：所述第一铁电开关器件生成数字输出信号；所述第二铁电开关器件生成模拟输出信号；并且所述第一铁电开关器件和所述第二铁电开关器件中的一者的输出节点电连接到所述第一铁电开关器件和所述第二铁电开关器件中的另一者的栅极电极。

附图说明

当结合附图阅读以下详细描述时，从以下详细描述可以最好地理解本公开的各方面。值得注意的是，根据行业的标准实践，各种特征没有按比例绘制。事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意地增大或减小了。

图1是根据本公开实施例的计算单元的示意图。

图2A是可以应用于本公开的计算单元的示例性输入脉冲模式。

图2B是可以用作本公开的计算单元的组件的铁电场效应晶体管的示意垂直截面图。

图3A是根据本公开的实施例的作为输入脉冲总数的函数的第一铁电开关器件的响应曲线。

图3B是根据本公开的实施例的作为输入脉冲总数的函数的第二铁电开关器件的响应曲线。