[发明专利]一种兼具易失性与非易失性的CuxO忆阻器及其调控方法

说明书

本发明属于微电子器件技术领域，公开了一种兼具易失性与非易失性的Cu_xO忆阻器及其调控方法，该包括自下而上堆叠的下电极层(4)、功能层(3)以及上电极层(1)，其中，功能层(3)为Cu_xO功能层，x满足1.8x2，功能层是沉积在绝缘层内的，具体是通过在绝缘层内刻蚀通孔，再沉积功能层使功能层接触下电极层；上电极层则沉积在功能层之上。本发明通过对忆阻器关键的结构、组成进行改进，以Cu_xO为功能层，1.8x2，化学配比接近Cu₂O，能够得到兼备易失性与非易失性的Cu_xO忆阻器，该Cu_xO忆阻器基于Cu空位调制，可以通过简单的限制电流诱导Cu空位构建突触和导电丝，实现易失性和非易失性。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，更具体地，涉及一种兼具易失性与非易失性的Cu_xO忆阻器及其调控方法，该忆阻器能够通过限制电流诱导 Cu空位形成团簇和导电丝，实现器件易失性与非易失性转变，可用于神经形态计算及人工突触实现。

背景技术

易失的阈值转变(TS)和非易失的阻变(MS)是忆阻器对电压的两种典型响应，非易失的阻变行为可以应用在数据存储、突触模拟等场景，易失的阈值转变行为因其非线性的阻值变化则被用在电路开关和模拟神经元中；在目前研究火热的人工神经网络构建中，同时依赖到忆阻器的易失性和非易失性，如果能在同一种忆阻器件中实现易失性与非易失性对于电路的设计简化以及工业化生产有极大的意义。

南京邮电大学沈心怡等人(一种易失性与非易失性共存的忆阻器件及制备方法及备选制备方法，CN202010139009.6)公开了一种易失性与非易失性共存的忆阻器及制备方法及备选制备方法，主要通过在其氧化物介质层SiO₂上溅射镀上一层MXene膜构成中间功能层，选取活性电极Ag作为上电极，使用半径小、活性强的Ag构建导电细丝。在外部限流调控下，该器件可以在小限流表现出易失性，在大限流下表现出非易失性，该器件具有模拟生物突触的基本功能。但由于二维材料Mxene的参与，使得该器件与CMOS工艺难以兼容，由于制备过程中的旋涂工艺，器件间的差异性不利于器件的大规模制造，并且该器件在窗口比例、循环特性上都有不足；另外华中科技大学李祎等人(一种易失和非易失电阻转变行为可调控的忆阻器及其制备方法，CN201811340222.2)公开了一种易失和非易失电阻转变行为可调控忆阻器及其制备方法，通过选择离子迁移率不同的两种材料作为叠层功能层，采用活性电极Cu、Ag和Ni等作为上电极，利用活性金属离子在两种功能层之间的迁移率差，调节叠层功能层的厚度比，实现器件的易失性与非易失性转变，该器件无需改变器件的成分，与CMOS工艺兼容。但该器件实现调控需要改变器件的结构，而非同一器件。在部分文献中还提到了在功能层中掺杂活性金属，以达到器件的易失性与非易失性转变，但由于掺杂工艺可能会引入杂质离子，且工艺复杂，不利于成本控制。另外很多文献中研究了基于Cu₂O功能层的忆阻器的非易失性，但关于 Cu₂O忆阻器的易失性少有提及。因此研究一种制备工艺更为简单、调控更为容易、性能更为优异的易失性与非易失性兼具的器件对于神经网络、非冯架构、突触实现具有巨大意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种兼具易失性与非易失性的Cu_xO忆阻器及其调控方法，其中通过对忆阻器关键的结构、组成进行改进，以Cu_xO为功能层，x满足1.8x2，化学配比接近Cu₂O，能够得到兼备易失性与非易失性的Cu_xO忆阻器；该Cu_xO忆阻器基于Cu空位调制，可以通过简单的限制电流诱导Cu空位构建突触和导电丝，实现易失性和非易失性，无需改变器件结构和组成，器件的一致性、可重复性非常好，开关比大，且与CMOS工艺相兼容，在神经网络、非冯架构、突触实现等方面有很大应用潜力。