[发明专利]一种异质集成的人工视网膜忆阻器件及其制备方法

说明书

本发明公开一种异质集成的人工视网膜忆阻器件及其制备方法。该异质集成的人工视网膜忆阻器件由两片包含人工视网膜忆阻器的硅片背部相互贴合，实现硅‑硅键合，互连与集成为异质集成的人工视网膜忆阻器件，上层人工视网膜忆阻器作为光电传感单元，下层人工视网膜忆阻器作为存储单元与处理单元，并且上层器件和下层器件均为环形结构，可独立完成光信号采集、处理与存储任务。相比于传统的光学信号感知、处理与存储单元，本发明的器件无需考虑传感单元、存储单元与计算单元间复杂的信号转换与集成困难，极大程度提高了后摩尔时代芯片的工作效率与集成密度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种异质集成的人工视网膜忆阻器件及其制备方法。

背景技术

传统的芯片均基于冯诺依曼式计算架构，其存储单元与计算单元处于物理分离的状态，极大程度地限制了其计算速度与能力。尽管通过不断降低芯片尺寸、增大集成密度等方式来提高计算能力，芯片的性能发展仍难以追赶日益增大的算力差距。特别是随着集成电路尺寸的不断微缩，芯片的最小尺寸与集成密度正逐渐逼近物理极限，研发在后摩尔时代下的新型集成电路芯片对于半导体产业的发展至关重要。

人眼作为人体中非常关键的光学信息采集单元，不仅可以完成对各种图像信息的采集，而且可以对其进行有效的识别判定。为了使得电子器件具有类似人眼的光学信号感知与处理功能，开发感存算一体化的神经形态电子器件具有重要意义。

忆阻器作为一种新型的电子元件，对于流经其的电流具有一定记忆效果，可以用于存储与逻辑计算等功能，具有实现存算一体功能的集成潜力。然而，传统的忆阻器没有感知功能，无法完成类似于人工视网膜的感知、存储与计算的功能融合，信息的处理效率仍然受限。因此，需要从忆阻器的底层设计出发，设计具有光电感知、存储记忆与神经形态计算潜力的异质功能层，使用异质集成的材料体系构建具有感存算一体化集成功能的人工视网膜器件。

发明内容

本发明设计一种集感知、存储与计算于一体的人工视网膜忆阻器件，将具有电阻转变功能的高k介质材料与具有光电响应的半导体纳米片进行异质集成，巧妙地利用不同材料独有的功能特点，以实现最终的感存算一体化功能与仿生视网膜功能，避免了传统CMOS芯片中的信息在数据采集端、数据处理端与数据存储端的延迟与传输能耗，解决并超越了传统冯诺依曼式计算架构的计算瓶颈问题，在同一器件单元完成数据的采集、处理与存储，极大程度提高了芯片对信息的即时处理能力。