[发明专利]一种基于钛酸镧的铁电忆阻器件及其制备方法

说明书

本发明提出一种基于钛酸镧的铁电忆阻器件及其制备方法，铁电忆阻器件设置在衬底上，铁电忆阻器件包括从下至上依次布设的底电极、阻变层和顶电极，所述底电极和顶电极的材质为TiN，所述阻变层的材质为La₂Ti₂O₇；所述阻变层的底面与所述底电极的顶面相接触，所述阻变层的顶面与所述顶电极的底面相接触；所述铁电忆阻器件集成有1个区域的NJUPT字样的单一器件、2个区域的长方形单一器件、3个区域的圆形单一器件、9个3×3忆阻器阵列、3个8×8忆阻器阵列、1个12×12忆阻器阵列。

技术领域

本发明属于铁电存储技术领域，涉及一种基于钛酸镧的铁电忆阻器件及其制备方法。

背景技术

忆阻器是一个与磁通量和电荷量相关的无源电路元件。早在1971年，蔡少棠教授便从理论上预言了忆阻器的存在，直到2008年，惠普实验室首次制备了忆阻器器件，证实了蔡少棠教授有关忆阻器的学说。忆阻器具有非线性电学性质，并兼具结构简单、易于集成、速度快、功耗低、能与CMOS电路兼容等优势。

现如今，忆阻器已经发展为具有纳秒级的开关速度，较低的能耗和较长的写入/擦除耐力。由于在许多复杂的学习中人脑消耗的能量（约20W）要比最先进的计算机消耗的能量（约1MW）小得多，忆阻器用来模拟生物大脑中神经形态的计算可能会对下一代人工智能产生深远影响。

铁电忆阻器作为忆阻器家族的新成员，相比于传统的氧化物忆阻器，具有更高的开关比，更稳定的阈值电压以及更快的读写速度等其他的优点。

但是铁电忆阻器作为类脑神经计算的新硬件实现方法，其模拟生物突触功能的性质还亟待研究。同时，铁电忆阻器的本身性能比较依赖沉积的铁电薄膜的性质，所以探寻新的材料以及其适合的生长方法来提高铁电忆阻器的器件性能也非常重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于钛酸镧(La₂Ti₂O₇)的铁电忆阻器件及其制备方法。

在众多的铁电材料中，钛酸镧(La₂Ti₂O₇)中蕴含氧空位，钛酸镧在常温下可以用射频磁控溅射进行沉积，铁电性能稳定，在多值存储和类脑计算上有很大的潜力。

本发明采用的技术方案是：

第一方面，提供一种基于钛酸镧的铁电忆阻器件，所述铁电忆阻器件设置在衬底上，所述铁电忆阻器件包括从下至上依次布设的底电极、阻变层和顶电极，所述底电极和顶电极的材质为TiN，所述阻变层的材质为La₂Ti₂O₇；所述阻变层的底面与所述底电极的顶面相接触，所述阻变层的顶面与所述顶电极的底面相接触，所述铁电忆阻器件集成有1个区域的NJUPT字样的单一器件、2个区域的长方形单一器件、3个区域的圆形单一器件、9个3×3忆阻器阵列、3个8×8忆阻器阵列、1个12×12忆阻器阵列。

在一些实施例中，所述底电极、顶电极的厚度为100nm，阻变层的厚度为20nm。

在一些实施例中，所述底电极、阻变层和顶电极相互平行。

进一步地，在一些实施例中，在NJUPT字样的单一器件、长方形单一器件、圆形单一器件中，底电极、阻变层、顶电极竖直方向同中心轴设置。

在一些实施例中，在NJUPT字样的单一器件、长方形单一器件、圆形单一器件中，所述底电极面积大于阻变层的面积。

进一步地，所述8×8忆阻器阵列包括一个第一8×8忆阻器阵列和两个第二8×8忆阻器阵列；其中第一8×8忆阻器阵列位于中心位置，第一8×8忆阻器阵列的尺寸为60um。

在一些实施例中，3×3忆阻器阵列、8×8忆阻器阵列、12×12忆阻器阵列的底电极与顶电极水平方向上相互垂直设置。