[发明专利]基于SiOxNy的光读取神经突触器件及其制备方法

摘要

本发明提供一种基于SiO_xN_y的光读取神经突触器件及其制备方法，包括表面等离子波导和忆阻器；表面等离子波导具有从上至下依次设置的第二金属层/SiN_x介质层/第一金属层的垂直三层结构；忆阻器具有从上至下依次设置的上电极/第二阻变层/第一阻变层/下电极的垂直四层结构，所述忆阻器嵌入在表面等离子波导之中，所述第二阻变层和第一阻变层作为光信号传播通道，与表面等离子波导的SiN_x介质层水平相连。本发明能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神经突触器件无法比拟的优势，而表面等离子波导能够使得光信号突破衍射极限进行传递，有利于器件尺寸进一步减小。

主权项

1.一种基于氮氧化硅的光读取神经突触器件，其特征在于，包括表面等离子波导和忆阻器；所述表面等离子波导具有从上至下依次设置的第二金属层、氮化硅 介质层、第一金属层的垂直三层结构；所述忆阻器具有从上至下依次设置的上电极、第二阻变层、第一阻变层、下电极的垂直四层结构；所述忆阻器嵌入在表面等离子波导之中，所述忆阻器的第一阻变层、第二阻变层作为光信号传播通道与表面等离子波导的氮化硅 介质层水平相连；所述基于氮氧化硅的光读取神经突触器件由如下方法制备：（1）准备硅单晶片，并进行清洗和干燥处理；（2）采用物理气相沉积方法，形成第一金属层；（3）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；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，沉积氮化硅薄膜作为波导介质层；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；（4）利用光刻工艺在忆阻器区域之外形成光刻胶图案；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4层薄膜，其中，下电极采用直流溅射方法获得；第一阻变层为氮氧化硅薄膜，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氮氧化硅薄膜，采用共溅射方法获得；上电极采用直流溅射方法获得；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；（5）在步骤（3）和（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；（6）采用普通反应离子刻蚀RIE工艺，去除残余光刻胶，清洗、干燥后即得。