[发明专利]基于SiNx的光读取神经突触器件结构及其制备方法

摘要

本发明提供一种基于SiN_x的光读取神经突触器件结构及其制备方法，包括“金属/SiN_x/金属”表面等离子波导和嵌入其中的“上电极/双阻变层/下电极”忆阻器；表面等离子波导从上至下具有“第二金属层/介质层/第一金属层”垂直三层结构；忆阻器从上至下具有“上电极/第二阻变层/第一阻变层/下电极”垂直四层结构，忆阻器第一阻变层、第二阻变层作为光信号传播通道与表面等离子波导的介质层水平相连；本发明实现神经突触权重的光读取，使得以光信号幅值和相位作为突触权重的光读取神经突触器件，具有以电阻作为突触权重的传统突触器件无法比拟的优势，表面等离子波导能够让光信号突破衍射极限进行传递，有利于器件尺寸进一步缩小。

主权项

1.一种基于SiN_x的光读取神经突触器件结构，其特征在于：包括“金属/SiN_x/金属”表面等离子波导和嵌入其中的“上电极/双阻变层/下电极”忆阻器；/n所述的表面等离子波导从上至下具有“第二金属层/介质层/第一金属层”垂直三层结构；/n所述忆阻器从上至下具有“上电极/第二阻变层/第一阻变层/下电极”垂直四层结构，/n所述忆阻器嵌入在表面等离子波导之中，忆阻器第一阻变层、第二阻变层作为光信号传播通道与表面等离子波导的介质层水平相连；/n所述基于SiN_x的光读取神经突触器件结构的制备方法，包括如下步骤：/n(1)准备硅单晶片，并进行清洗和干燥处理；/n(2)采用物理气相沉积方法并结合标准CMOS工艺，形成第一金属层；/n(3)首先，在第一金属层所在的表面旋涂一层光刻胶，利用掩膜版和光刻、显影步骤，实现忆阻器窗口；其次，采用等离子增强化学气相沉积方法，在已涂胶并图形化的第一金属层上，沉积SiN_x薄膜作为波导介质层；第三，使用剥离工艺，获得位于第一金属层上方的波导介质层，并在其中预留忆阻器窗口；/n(4)首先，利用光刻工艺在忆阻器区域之外形成光刻胶图案，其次，依次沉积忆阻器下电极、第一阻变层、第二阻变层以及上电极，其中，下电极采用直流溅射方法获得；第一阻变层为非晶态SiN_x薄膜，x＝0.9～1.1，采用反应磁控溅射方法获得；第二阻变层为含金属纳米颗粒的非晶态SiN_x薄膜，x＝0.9～1.1，上电极采用直流溅射方法获得；第三，采用剥离工艺去除上述4层薄膜，获得位于表面等离子波导中的忆阻器；/n(5)在步骤(4)的基础上，采用金属剥离工艺，形成表面等离子波导的第二金属层；/n(6)采用普通反应离子刻蚀RIE工艺，去除残余光刻胶，完成清洗、干燥后续工序。/n