[发明专利]一种基于量子电导效应的忆阻器及其制备调制方法及应用

权利要求书

1.一种基于量子电导效应的忆阻器，其特征在于，所述忆阻器由呈阵列形式的多个器件单元构成；

各所述器件单元包括上电极、功能层和下电极；所述功能层夹于上、下电极之间形成三明治结构，功能层与上、下电极共同形成crossbar结构；

所述上电极采用惰性电极或活性电极、下电极采用惰性电极；所述活性电极采用Ag或Cu，惰性电极采用Pt或Ti；

所述功能层采用HfO_x材料，厚度为15nm～25nm；其中，1.6<x<2.4；通过功能层材料的氧空位来控制功能层的单原子导电丝的形成。

2.一种如权利要求1所述的忆阻器的制备方法，包括下电极制备、功能层制备和上电极制备，其特征在于，在功能层制备中，通过控制Ar与O₂的比例、溅射气压来控制所制得的功能层材料的厚度和氧空位。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述功能层制备过程具体如下：

光刻：通过光刻工艺在下电极上制备光刻图形，所述光刻图形完全覆盖下电极；

溅射：在Ar与O₂的气氛环境下，利用溅射的方法在所述光刻图形上制备功能层图形；所述功能层图形的面积不小于功能层图形与下电极相交部的面积；

气氛环境中Ar与O₂的体积比为39：8～27：20，溅射气压为0.3Pa～1.5Pa，本底真空为5*10^-3Pa；

剥离：采用丙酮浸泡溅射步骤所制备得到的样品，并进行超声清洗，再依次用无水乙醇和去离子水清洗、并干燥。

4.一种如权利要求1所述的忆阻器的调制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)对呈m*n阵列结构的基于量子电导效应的忆阻器，对其第a行、第b列的忆阻器单元进行预形成导电通道处理；其中，a<m，b<n；

(b)对所述忆阻器单元进行多次双向I/V电压扫描，直至所述忆阻器单元出现稳定的SET、RESET电压值，使所述忆阻器单元呈高阻态；

(c)采用I/V电压扫描方法或脉冲扫描的方法对所述忆阻器单元进行正向量子电导调控；

(d)采用I/V电压扫描方法或脉冲扫描的方法对所述忆阻器单元进行负向量子电导调控。

5.如权利4所述的忆阻器的调制方法，其特征在于，采用I/V电压扫描的方法对所述忆阻器单元进行正向量子电导调控与负向量子电导调控；

所述正向量子电导调控的方法为：以步骤(b)正向I/V电压扫描中阻值12.9kΩ对应的电压为起始电压、以阻值1.29kΩ对应的电压为停止电压，调节保持时间和步进大小，对所述忆阻器单元进行扫描；

所述负向量子电导调控的方法为：以步骤(b)负向I/V电压扫描中阻值1.29kΩ对应的电压为起始电压，以阻值12.9kΩ对应的电压为停止电压，调节保持时间和步进大小，对所述忆阻器单元进行扫描。

6.如权利4所述的忆阻器的调制方法，其特征在于，采用脉冲扫描的方法对所述忆阻器单元进行正向量子电导调控与负向量子电导调控；

所述正向量子电导调控的方法为：以步骤(b)正向I/V电压扫描中阻值12.9kΩ对应的电压为起始电压、以阻值1.29kΩ对应的电压为停止电压，调节脉冲宽度、脉冲步进和时间间隔，对所述忆阻器单元进行扫描；

所述负向量子电导调控的方法为：以步骤(b)负向I/V电压扫描中阻值1.29kΩ对应的电压为起始电压、以阻值12.9kΩ对应的电压为停止电压，调节脉冲宽度、脉冲步进和时间间隔，对所述忆阻器单元进行扫描。

7.如权利4～6任一项所述的忆阻器的调制方法，其特征在于，所述步骤(a)中，正向I/V电压扫描所采用的扫描电压2V～8V，低阻态为1.29kΩ；所述步骤(b)中，I/V电压扫描次数不超过10次，高阻态为12.9kΩ。

8.如权利4～6任一项所述的忆阻器的调制方法，其特征在于，所述步骤(c)中，采用I/V电压扫描方法对所述忆阻器单元进行正向量子电导调控时，电压步进大小为1mV～50mV，各步电压的保持时间为0ms～500ms；

所述步骤(d)中，采用I/V电压扫描的方法进行负向量子电导调控时，步进大小为-1mV～-100mV；各步电压的保持时长为0ms～500ms。