[发明专利]氧化物基电子突触器件及其阵列

说明书

一种氧化物基电子突触器件及其阵列，该器件包括源电极、漏电极和栅电极；沟道层，形成于所述源电极和漏电极之间，为固态氧化物材料；以及电解质层，作为栅介质而形成于所述沟道层和栅电极之间，为离子导通而电子绝缘的固态电解质材料。本发明的器件能够很好的模拟生物突触功能，同时具有多态可调，高度线性、对称等优点，由其大规模集成的阵列能够为构建人工神经网络提供了器件基础。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种氧化物基电子突触器件及其阵列。

背景技术

人类的大脑可以认为是一种高效的信息存储与计算系统，具有非常低的功耗(～20W)，生物突触被认为是人脑中进行高能效信息处理的核心结构单元。面对人类社会急剧增长的数据量和日益复杂的数据类型，开发新兴电子器件模拟生物突触功能、构建大规模人工神经网络以解决当下的高能效信息处理需求，是未来信息技术领域的一个重要发展方向。然而，目前的电子突触器件基于现有的材料体系面临许多非理想因素：权重调节的非线性、非对称性、器件波动性大、能耗较高等，如图1A中所示；同时受限于材料等因素，例如以MoO₃作为沟道层或者以离子液体作为栅介质层时，如图1B所示，难以实现大规模集成。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种氧化物基电子突触器件及其阵列，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为达到上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种氧化物基电子突触器件，包括：源电极、漏电极和栅电极；沟道层，形成于所述源电极和漏电极之间，为固态氧化物材料；以及电解质层，作为栅介质而形成于所述沟道层和栅电极之间，为离子导通而电子绝缘的固态电解质材料。

作为本发明的另一个方面，提供了一种氧化物基电子突触器件阵列，其使用如上所述的氧化物基电子突触器件与选通器件连接后以交叉阵列的形式集成。

从上述技术方案可以看出，本发明的氧化物基电子突触器件及其阵列至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本发明的氧化物基电子突触器件以固态氧化物作为沟道层材料，以固态电解质材料为栅介质层材料，通过控制施加在栅电极上的输入信号(电压/电流)的极性(正向/负向)，可以精确控制电解质中的离子移动与沟道材料中离子的注入/抽出过程，从而获得沟道电导值随施加信号线性、对称、波动小、低能耗的模拟变化行为；

(2)本发明的氧化物基电子突触器件中，沟道层材料选自VO₂、NbO₂、TiO₂、NiO、Ta₂O₅、Ga₂O₃等固态氧化物，电解质层的材料选自LiClO₄/PEO、Li_xSiO_y、Li_xTiO_y、LiPON、SiO₂等固态电解质，由此构成的材料体系在直流扫描过程呈现出迟滞行为，表明器件具有非易失存储能力，可用于生物突触的模拟在改善电学性能的同时，还有利于大规模集成。

附图说明

图1A为现有技术中电子突触器件的电学特性图；

图1B为现有技术中电子突触器件的结构示意图；

图2为本发明氧化物基电子突触器件在输入信号下实现LTP/LTD过程的响应趋势图；

图3为本发明实施例1氧化物基电子突触器件结构示意图；

图4为本发明实施例1氧化物基电子突触器件的制备流程图；

图5为本发明实施例1氧化物基电子突触器件的I-V电学特性图；

图6为本发明实施例1氧化物基电子突触器件在脉冲作用下的响应特性图；