[发明专利]一种基于氧化锌的忆阻器及其制备方法和在制备神经突触仿生器件中的应用

说明书

本发明提供了一种基于氧化锌的忆阻器及其制备方法和在制备神经突触仿生器件中的应用，所述忆阻器的结构从下到上依次包括FTO衬底、在所述FTO衬底上形成的ZnO中间介质层以及在所述ZnO中间介质层上形成的W电极层；所述ZnO中间介质层的厚度为10~30nm。所述W电极层由若干均匀分布在ZnO中间介质层上的直径为80~300μm的圆形电极构成。本发明提供的基于氧化锌的忆阻器是使用了宽带隙氧化物ZnO优化器件性能，在特定厚度下和制备工艺条件下，其仿生性能表现良好，具有模拟神经不应期行为的能力，且功耗降低，易于制备，使忆阻器模拟生物神经突触的可塑性性能应用前景更为广阔。

技术领域

本发明涉及忆阻器技术领域，具体涉及一种基于氧化锌的忆阻器及其制备方法和在制备神经突触仿生器件中的应用。

背景技术

忆阻器，是继电阻、电容、电感之后又一种新的无源电路元件。最早提出忆阻器概念的人，是华裔的科学家蔡少棠。简单说，忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻。通过控制电流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能，实际上就是一个有记忆功能的非线性电阻器。在2008年，惠普实验室的研究人员制作了第一个忆阻器件，之后科学界掀起了对忆阻器的研究热潮。

忆阻器是一种两端器件，因此可以高密度集成。此外，其不同电阻态之间转变很快，与CMOS工艺兼容。由于忆阻器的这些特点，使得其在信息存储和神经突触模拟方面有着独特的优势。

在神经系统中，每个神经元与突触都在同步地存储并处理信息。外界刺激产生的信号输入在神经系统中传递，最终在输出响应的过程中将信息的存储和处理完善的结合在一起，这种信息存储和处理的能力与神经突触的可塑性密切相关。忆阻器作为一种具有记忆功能的非线性电阻，其阻值能够随流经的电荷量而发生变化，并在断电后保持这种变化的状态，可以认为是模拟神经突触的完美器件。目前，已有一些关于基于忆阻器的神经突触仿生器件的研究报道，但其仿生效果不太理想，功耗也较大，因此，研究一种结构简单、仿生效果好、能耗低的忆阻器对于推进神经突触仿生器件的研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于氧化锌的忆阻器，以解决现有忆阻器仿生效果不理想、功耗大的问题。

本发明的目的之二在于提供一种基于氧化锌的忆阻器的制备方法和在制备神经突触仿生器件中的应用。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：一种基于氧化锌的忆阻器，其结构从下到上依次包括FTO衬底、在所述FTO衬底上形成的ZnO中间介质层以及在所述ZnO中间介质层上形成的W电极层；所述ZnO中间介质层的厚度为10~30nm。

所述W电极层由若干均匀分布在ZnO中间介质层上的直径为80~300μm的圆形电极构成。

所述圆形电极的厚度为50~200nm。

本发明还提供了上述基于氧化锌的忆阻器的制备方法，包括以下步骤：

（a）将FTO衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中用超声波清洗，取出后用N₂吹干；

（b）将FTO衬底固定到磁控溅射设备腔体的衬底台上，并将腔体抽真空至1×10^-4~6×10^-4Pa，向腔体内通入流量为20~75sccm的Ar和20~75sccm的O₂，调整接口阀使腔体内的压强维持1~6Pa，打开控制ZnO靶材起辉的射频源，调整射频源功率为60~100W，使ZnO靶材起辉，预溅射1~5min；之后正式溅射5~20min，在FTO衬底上形成了ZnO中间介质层，所述ZnO中间介质层的厚度为10~30nm；