[发明专利]基于忆阻器的逻辑门器件、控制方法及逻辑门电路

说明书

本发明提供一种基于忆阻器的逻辑门器件、操作方法及逻辑门电路，逻辑门器件包括第一顶电极、第一阻变层、第一底电极、第二顶电极、第二阻变层和第二底电极；第一阻变层形成于第一顶电极上；第一底电极和第二底电极形成于第一阻变层上，且第一底电极和第二底电极间隔设置；第二阻变层形成于第一底电极、第二底电极以及间隔上；第二顶电极形成于第二阻变层上；第一顶电极作为逻辑门器件的第一输入端；第二顶电极作为逻辑门器件的第二输入端；第一底电极和第二底电极均作为逻辑门器件的输出端。本发明将逻辑门集成于单个器件上，减小了逻辑门器件的占用面积。

技术领域

本发明涉及信息工程技术领域，尤其涉及一种基于忆阻器的逻辑门器件、控制方法及逻辑门电路。

背景技术

等比例缩小晶体管尺寸是过去驱动摩尔定律不断延续的主要策略。然而，随着尺度进入原子层级，严重的短沟道效应使得这种尺寸缩小的方式难以继续发展。摩尔定律的本质是降低硬件代价集成更多的晶体管实现更复杂强大的功能。为了降低逻辑门电路的占用面积，研究人员提出可以减少组成单个逻辑门的晶体管数量来实现。

忆阻器作为一种新型的以阻值代表逻辑状态的存储单元，同样可以实现逻辑计算功能。相对于晶体管而言，忆阻器的工艺更简单，只需制备顶电极、阻变层、底电极这样的三明治结构。以往基于忆阻器的存内计算是通过交叉开关阵列的方式实现的，它的缺点是需要采用多个忆阻器实现一个简单的逻辑门功能，面积代价较大。以目前面积效率最高的基于忆阻器的逻辑门为例，实现一个逻辑NAND门操作，最少需要三个忆阻器单元，相应的逻辑门占用面积也是单个器件的三倍。目前还没有相应方案解决上述基于忆阻器的逻辑门器件占用面积大的这一问题。

发明内容

本发明提供一种基于忆阻器的逻辑门器件、控制方法及逻辑门电路，用以解决现有技术中基于忆阻器的逻辑门器件占用面积大的缺陷，实现基于忆阻器的逻辑门器件面积效率的显著提高。

本发明提供一种基于忆阻器的逻辑门器件，包括：第一顶电极、第一阻变层、第一底电极、第二顶电极、第二阻变层和第二底电极；

所述第一阻变层形成于所述第一顶电极上；

所述第一底电极和所述第二底电极形成于所述第一阻变层上，且所述第一底电极和所述第二底电极间隔设置；

所述第二阻变层形成于所述第一底电极、所述第二底电极以及所述间隔上；

所述第二顶电极形成于所述第二阻变层上；

所述第一顶电极、所述第一阻变层和所述第一底电极构成第一忆阻器；所述第一顶电极、所述第一阻变层和所述第二底电极构成第二忆阻器；所述第二顶电极、所述第二阻变层和所述第一底电极构成第三忆阻器；所述第二顶电极、所述第二阻变层和所述第二底电极构成第四忆阻器；

所述第一顶电极作为所述逻辑门器件的第一输入端；所述第二顶电极作为所述逻辑门器件的第二输入端；所述第一底电极和所述第二底电极均作为所述逻辑门器件的输出端。

根据本发明提供的基于忆阻器的逻辑门器件，所述第一顶电极，用于输入高电平脉冲信号或低电平脉冲信号；所述高电平脉冲信号作为所述逻辑门器件的逻辑值1；所述低电平脉冲信号作为所述逻辑门器件的逻辑值0；

所述第二顶电极，用于输入高电平脉冲信号或低电平脉冲信号；

所述第一底电极和所述第二底电极，用于输出电流；所述电流用于确定输出电平的高低。

根据本发明提供的基于忆阻器的逻辑门器件，所述第一顶电极和所述第二顶电极由活性金属材料制成；所述活性金属材料包括TiN和Ti中的至少一种。

根据本发明提供的基于忆阻器的逻辑门器件，所述第一阻变层和所述第二阻变层由具有阻变性质的绝缘材料制成；所述具有阻变性质的绝缘材料包括HfO₂和Al₂O₃中的至少一种。