[发明专利]一种基于SiO2神经仿生层的神经仿生器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于SiO₂神经仿生层的神经仿生器件，包括Ag衬底、在Ag衬底上依次形成的神经仿生层和Ag电极层；神经仿生层从下而上依次包括：第一SiO₂膜层、Ag膜中间层、第二SiO₂膜层。同时，本发明还公开了该神经仿生器件的制备方法。本发明所制备的器件的两端分别作为两个输入端，分别为突触前刺激和突触后刺激，能根据突触前刺激和突触后刺激的时间差而改变电阻，能够模仿生物突触的特性，在施加不同电脉冲的刺激下改变其电阻的阻值，其高低阻态会发生缓慢变化，且范围稳定；出现多个稳定阻态并具有良好的保持特性，在重复施加电脉冲刺激的情况下，能够记住改变的状态，高低阻转化的重复性高，是一种性能更为稳定、应用前景更为广阔的神经仿生器件。

技术领域

本发明涉及微电子器件技术领域，具体地说是一种基于SiO₂神经仿生层的神经仿生器件及其制备方法。

背景技术

在信息技术领域，减小存储单元的面积是发展当前数据存储技术的一个主要驱动力。但是，在未来15 到20 年之内，当前的存储技术将达到其物理极限，难以再进一步发展。为了促使存储技术的持续发展，需要找到一种新的发展方向。其一种可能的发展方向是从生物学仿生而来的认知存储，它不像当前的存储器只有数据存储这种单一功能，而是像人的记忆一样丰富多彩，能够实现数据存储、信息处理以及最重要的认知功能，如可适应、学习、具有洞察力、新知识的构建等等。这种认知存储的功能作为驱动力的数据存储技术需要利用具有认知功能的器件搭建人工神经网络，因此，开发认知存储器这种具有认知功能的微电子器件，就是目前行业内研究的热点。

在认知存储器中，用作构建人工神经网络的电子突触器件，是最基本的一种认知存储器。电子突触器件如同神经突触，是不同神经元之间的连接，具有用以表征神经元之间连接强度的突触权重，并且在不同的刺激下，突触权重能进行相应的改变，从而实现学习和记忆的功能。然而，在神经网络当中，神经突触数目庞大，需要减小电子突触器件的面积和功耗，才有可能构建具有一定规模、一定认知功能的神经网络。近年来，人们通过大量实验和测试，发现忆阻器这种新型的电子元器件具有类似优良的特性，其中忆阻器的记忆功能和可操控性和生物体神经突触有很高的相似性。人类大脑中存在10¹¹-10¹⁴个神经元，而连接这些神经元的突触数量则高达10¹⁵。神经突触由三部分组成：突触前膜、突触后膜以及两膜间的窄缝——突触间隙，其间距通常为20-40nm。在电信号刺激下，携带传递信息的神经递质由突触前神经元通过突触间隙单向传输到突触后神经元。因此，突触前后膜类似于忆阻器的两端金属电极，而突触间隙类似于忆阻器的介质层，其厚度约为数十纳米。

突触可塑性是生物体神经突触的最基本特性，突触会随着神经元之间连接强度的强弱动态的刺激或抑制信号，使得信号保持连续变化。这就要求器件能够在施加电信号作用下，实现电阻值的渐变。忆阻器能够模拟神经突触，最基本的依据是他们都有非线性电学性质，即利用忆阻器两类电学性质（变化迥异的高、低两种电阻状态，来实现电阻缓变行为）应用于神经突触的模拟中。但是，目前的仿生器件由于其神经仿生层材料和结构设计不合理导致器件在施加电压时存在高低阻态之间转换的连续性较差、连续性变化的电导性能差、器件的稳定性低的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于SiO₂神经仿生层的神经仿生器件及其制备方法，以解决现有神经仿生器件存在施加电压时存在高低阻态之间转换连续性较差、器件稳定性差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于SiO₂神经仿生层的神经仿生器件，包括Ag衬底、在所述Ag衬底上依次形成的神经仿生层和Ag电极层；所述神经仿生层从下而上依次包括：第一SiO₂膜层、Ag膜中间层、第二SiO₂膜层。