[发明专利]一种富Sb的二元相变神经元基质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种富Sb的二元相变神经元基质材料及其制备方法，特点是该材料由硫和锑两种元素组成的混合物，其化学结构式为Sb_xS_100‑x，80x90at.%，其制备过程包括在磁控溅射镀膜系统中将合金Sb₂S₃靶材安装在磁控射频溅射靶中，将单质Sb靶材安装在磁控直流溅射靶中的步骤；打开机械泵，待真空度达到1.5×10^‑1Pa以下时，打开分子泵待抽真空至5.0×10^‑5Pa以下，控制合金Sb₂S₃靶的溅射功率为20‑27W，单质Sb靶的溅射功率为50W进行溅射，Sb和Sb₂S₃靶材共同溅射660s即得到富Sb的二元相变神经元基质材料，优点是具有较简单的组分、较高的结晶温度、较快的相变转变速度和较低的电阻漂移系数。

技术领域

本发明属于相变存储材料技术领域，尤其是涉及一种富Sb的二元相变神经元基质材料及其制备方法。

背景技术

近年来，数字化、智能化时代的到来对计算任务的复杂性和应用场景的多变性提出了更高的要求——云量吞吐、阿秒计算、无限逼近零功耗。但是，现有计算机一直局限于1946年冯•诺依曼提出的存储与运算单元分离的架构体系，数据在单元间频繁传输调度浪费了大量时间和功率，已无法满足现代电子设备朝着智能化、轻量化、便携化方向快速发展的迫切要求。基于相变存储器（PCM）技术的新型类脑神经元计算器件因具有存算一体化、低功耗、高并行性，能完成复杂认知任务等优点以实现非冯诺依曼架构的全新计算体系。但是相变神经元也存在一个亟需解决的问题，即神经元薄膜每次复位后，由于材料非晶态会发生轻微变化，随后的相变过程也略有不同，导致无法精准记录每次相变神经元触发后的存储状态。这是由于传统相变存储器的相变介质是复杂的Ge₂Sb₂Te₅ (GST)合金混合物，但是基于GST的相变存储器件循环操作过程中，多数据态电阻波动较大，导致RESET电阻存在较大的漂移行为（系数达到~0.11，高于理想值0.01），严重制约其在高精度、高效率神经元计算器件的开发和应用。

鉴于此，研究人员（Nature Materials, 17 (2018) 681-685）决定使用单元素材料代替复杂的GST合金作为相变存储器的相变介质。锑在晶态时具有半金属特性，呈无定型薄膜状态时具有半导体特性，两种状态导电性差异明显，且容易实现相态快速转换。但是新型相变存储器中的无定型锑目前只能稳定存在大约100秒。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种组分简单、结晶温度高、能在较高温度下稳定地工作，十年数据保持力强、电阻漂移系数低且晶化速度快的富Sb的二元相变神经元基质材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种富Sb的二元相变神经元基质材料，该相变神经元基质材料由硫和锑两种元素组成的混合物，其化学结构式为Sb_xS_100-x，其中80x90at.%

优选，该相变神经元基质材料化学结构式为Sb_88.9S_11.1

优选，该相变神经元基质材料化学结构式为Sb_81.7S_18.3。

优选，所述的二元相变神经元基质材料由金属Sb单质靶和Sb₂S₃合金靶在磁控溅射镀膜系统中通过双靶共溅射获得。

上述用富Sb的二元相变神经元基质材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将石英片和硅片衬底材料放入去离子水和无水乙醇中超声清洗后取出，随后用高纯度氮气吹干以作为镀膜衬底备用；