[发明专利]一种嗅觉感存算一体化忆阻器及其制备方法

说明书

本发明公开一种嗅觉感存算一体化忆阻器及其制备方法。该嗅觉感存算一体化忆阻器包括：衬底；底层叉指电极，形成在所述衬底上；电阻调控功能层，其为高k介质薄膜，形成在所述底层叉指电极上；气体探测功能层，其为SnO₂薄膜，形成在所述电阻调控功能层上；顶层叉指电极，形成在所述气体探测功能层上，其叉指延伸方向与底层叉指电极的叉指延伸方向正交，在同一个忆阻器体系中实现硫化氢气体的感知、处理与记忆功能：释放硫化氢气体，器件的电导变大，实现嗅觉功能；撤除气体后电导被保持记忆，实现存储功能；器件能够对连续的硫化氢气体产生阶梯式响应，用于神经形态计算并对气体种类进行识别判断，实现计算功能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种嗅觉感存算一体化忆阻器及其制备方法。

背景技术

生物体对外界环境具有灵敏的感知能力，可以针对不同的信息产生灵活的条件反射或非条件反射响应行为。这一过程依靠于生物身体灵敏的感知器官以及能快速做出反应的大脑。在各种感知器官中，嗅觉系统在探测不同种类的气体时扮演着关键作用。因此，开发具有灵敏嗅觉功能的电子器件是实现仿生功能的重要一步。

常见的气体传感器仅能对气体进行探测，而无法对探测的数据进行计算处理与长时间存储。气体传感器探测的数据需要通过模数转换器等电子设备的转换并且通过线路传递才可到达特定功能化的信息处理与存储单元，这一过程将消耗大量能耗，并且限制了气体传感系统的信息反馈速度，难以满足即时交互系统的需求。受到生物系统的启发，开发集信息感知、信息处理与信息存储功能于一体的新型嗅觉电子器件将改变现有传感单元的局限，具有实现高效感存算功能的潜力。

硫化氢作为一种对人体健康有害的气体，开发相应的气体传感器进行实时检测与处理至关重要。SnO₂作为一种可对硫化氢气体灵敏响应的材料，已经广泛应用于气体探测器。然而，由于SnO₂材料仅能对气体进行瞬态响应，难以满足器件的存算功能需求，限制了其感存算一体化的应用。为了使气体传感器具有存储与计算功能，需要从材料结构上进行设计与集成，使得存储与计算功能的材料体系与现有体系相融合，保证器件整体的功能性。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种嗅觉感存算一体化忆阻器，包括：

衬底；底层叉指电极，形成在所述衬底上；电阻调控功能层，其为高k介质薄膜，形成在所述底层叉指电极上；气体探测功能层，其为SnO₂薄膜，形成在所述电阻调控功能层上；顶层叉指电极，形成在所述气体探测功能层上，其叉指延伸方向与底层叉指电极的叉指延伸方向正交，在同一个忆阻器体系中实现硫化氢气体的感知、处理与记忆功能：释放硫化氢气体，器件的电导变大，实现嗅觉功能；撤除气体后电导被保持记忆，实现存储功能；器件能够对连续的硫化氢气体产生阶梯式响应，用于神经形态计算并对气体种类进行识别判断，实现计算功能。

本发明的嗅觉感存算一体化忆阻器中，优选为，所述高k介质材料为HfO₂，ZrO₂，TiO₂，Al₂O₃。

本发明的嗅觉感存算一体化忆阻器中，优选为，所述底层叉指电极和所述顶层叉指电极的电极根数为3根～10根，间距为50μm～400μm。

本发明的嗅觉感存算一体化忆阻器中，优选为，所述高k介质材料的厚度为5nm～20nm；所述SnO₂薄膜的厚度为5nm～20nm。