[发明专利]一种基于MoS2

说明书

一种基于MoSsubgt;2/subgt;的全固态电解质忆阻器及其制备方法，属于电子制备工艺以及类脑计算领域，首先选用MoSsubgt;2/subgt;作为沟道材料，MoSsubgt;2/subgt;通过ALD和CVD相结合的方法来制备，选用锂盐作为固态电解质，使用磁控溅射的方法来制备固态电解质层，使用电子束蒸发和磁控溅射等方法来制备电极。通过栅端电场调制锂离子的嵌入和脱出改变二硫化钼的能带结构，同时源漏两端施加读取电压得到沟道电导的变化，使得忆阻器件具有良好的电导更新线性度和更低的操作功耗，可以应用于新一代神经形态计算。利用上述的器件结构已经制备出相应的全固态电解质忆阻器，在脉冲激励下，实现了良好的电导更新对称性和近98％的电导线性度，同时器件具有10supgt;5/supgt;以上的耐久性。

技术领域

本发明属于电子制备工艺以及类脑计算领域，由于随着半导体工艺制程的提高，摩尔定律逐渐失效，无法继续通过提高集成度来提高性能；同样由于传统冯诺依曼计算架构中“存储墙”瓶颈，也限制了计算效率的进一步提高，基于二维材料的忆阻器的神经形态计算成为超越摩尔定律和实现非冯架构的十分有前景的方向，本发明涉及一种用于神经形态计算且与CMOS工艺兼容的硫化钼基忆阻器件。

技术背景

随着大数据以及人工智能的高速发展，数据的规模和增长速度也迅速扩大，如何高速地对数据进行计算和存储成为当前科技发展面临的首要问题。传统提升芯片算力和存储密度的方法是依照摩尔定律，通过不断缩小晶体管尺寸、增加晶体管的数量来提高芯片的集成度实现的，近年来，随着工艺制程不断提升，芯片的集成度也越来越高，芯片性能也在飞速提升，但在传统冯·诺依曼架构中受限于CPU和存储器之间的总线速度，而导致的“存储墙”问题也愈加明显。为解决这一问题，提出通过设计忆阻突触器件，实现人脑的存算一体能力。

阻变型忆阻器件具有结构简单、且与CMOS工艺兼容等优点，在神经形态计算方面得到广泛关注；但由于阻变器件单元内部氧空位或金属离子导电细丝形成与断裂的不可控，使得其存在因电导突变行为导致的模拟特性优化问题。相变存储型突触器件因具有速度快、多态存储等优点，在开发非易失性存储器方面得到广泛关注；但器件是利用电流产生的焦耳热控制相变材料在晶态和非晶态之间相互转化来改变所处电阻态，器件操作过程中需要较高的电流(I10⁶A cm^-2)来克服晶态的成核势垒(2～4eV)，因此器件的功耗相对较大。另外，以上两类突触器件属于双端结构，该结构不能将信息传递与学习功能在时空上并行，在模拟突触动态功能时需要增加器件数量以完成更加复杂的功能。

当前电解质忆阻器大都采用离子凝胶，其工作原理是：凝胶中电离的锂离子在电场作用下推动至沟道处，随着锂离子的嵌入和吸附，改变了硫化钼本身的势垒，器件电阻处于低阻状态；而在反向电场作用下，原本嵌入和吸附在MoS₂中的锂离子会脱出回到凝胶中，器件恢复到高阻状态。这两种电阻状态可以在外加电场的作用下相互转换。

(1.Dual-gated MoS2 neuristor for neuromorphic computing[J].ACSapplied materialsinterfaces,2019,11(44):41482-41489.

2.Programmable Synapse-Like MoS2 Field-Effect Transistors Phase-Engineered by Dynamic Lithium-Ion Modulation[J].Advanced ElectronicMaterials,2020,6(5):1901410.

3.基于模拟型和数字型共存的MoS2基忆阻器及其制备方法[P].北京市：CN111933794A,2020.11.13.)