[发明专利]一种三维半导体器件、芯片及三维半导体器件的制备方法

说明书

本发明公开一种三维半导体器件、芯片及三维半导体器件的制备方法，涉及半导体技术领域，用于在信息处理过程中，实现一次性对信号进行多级处理。所述三维半导体器件，包括：衬底及由下至上依次形成在衬底上的滤波结构、卷积结构及脉冲输出结构。滤波结构包括的第一介质层的材料为具备短时程记忆特性的材料。卷积结构包括的第二介质层的材料为具备长时程记忆特性的材料。脉冲输出结构包括的第三介质层的材料为具备阈值转变特性的材料。所述芯片包括上述三维半导体器件。所述三维半导体器件的制备方法用于制造上述三维半导体器件。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种三维半导体器件、芯片及三维半导体器件的制备方法。

背景技术

数字信息化量爆发性增长，直接推动大数据时代来临，这也增加了传统计算架构在对海量数据处理带来了挑战。传统的计算架构基于存算分离的方式对数据进行处理，这在能效以及处理速度上存在很大的限制。

近年来，基于新原理器件实现时空信息处理的神经网络架构得到了广泛的开发。但是，在实现一次完整的信息处理(例如：图像处理)时，往往需要进行多级处理。现有技术中，基于新原理器件实现神经网络时，大多只实现其中某一部分的功能，而其他部分的信息处理必须配合CMOS电路才能实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维半导体器件、芯片及三维半导体器件的制备方法，用于在信息处理过程中，实现一次性对信号进行多级处理。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种三维半导体器件，包括：衬底及由下至上依次形成在衬底上的滤波结构、卷积结构及脉冲输出结构。滤波结构包括的第一介质层的材料为具备短时程记忆特性的材料。卷积结构包括的第二介质层的材料为具备长时程记忆特性的材料。脉冲输出结构包括的第三介质层的材料为具备阈值转变特性的材料。

与现有技术相比，本发明提供的三维半导体器件中，包括滤波结构、卷积结构及脉冲输出结构。在信息处理过程中，输入信号依次经过滤波结构、卷积结构及脉冲输出结构，分别实现对输入信号进行滤波、特征提取及特征输出。也就是说，在信息处理过程中，仅采用本发明提供的三维半导体器件，便可以一次性对输入信号进行多级处理。

其中，滤波结构包括的第一介质层的材料为具备短时程记忆特性的材料。采用具备短时程记忆特性的材料，可以在完成一次滤波处理后，自发回到原始状态，即可以保证前一次的滤波处理结果不会影响下一次的滤波处理。卷积结构包括的第二介质层的材料为具备长时程记忆特性的材料。卷积结构应用于神经网络的卷积层，作为神经网络的权值，且该权值在整个信息处理过程中是保持不变的，采用具备长时程记忆特性的材料可以使该权值保持不变。脉冲输出结构包括的第三介质层的材料为具备阈值转变特性的材料。具备阈值转变特性的材料可以用于产生脉冲，即将前一层的电压或电流输出转换成频率输出，具备阈值转变特性的结构才能在恒定电压下产生脉冲震荡。

第二方面，本发明还提供一种芯片，包括第一方面所述的三维半导体器件。

与现有技术相比，本发明提供的芯片的有益效果与上述技术方案所述的三维半导体器件的有益效果相同，此处不做赘述。

第三方面，本发明还提供一种三维半导体器件的制备方法，包括：

提供一衬底；

在衬底上形成滤波结构，滤波结构包括的第一介质层的材料为具备短时程记忆特性的材料。

在滤波结构上形成卷积结构，卷积结构包括的第二介质层的材料为具备长时程记忆特性的材料。

在卷积结构上形成脉冲输出结构，脉冲输出结构包括的第三介质层的材料为具备阈值转变特性的材料。

与现有技术相比，本发明提供的三维半导体器件的制备方法的有益效果与上述技术方案所述的三维半导体器件的有益效果相同，此处不做赘述。