[发明专利]基于人工神经突触功能的双层多孔氧化物结构的制备方法

说明书

本发明所述一种基于人工神经突触功能的双层多孔氧化物结构的制备，该器件由顶端电极，氧化物层及底端电极构成。本发明具有如下优点：1、仿生了一种类海绵结构的多孔氧化硅结构；2、在多孔氧化硅表面生长了一层离子型/离子掺杂型多孔氧化物层，构成双层多孔氧化物结构；3、该双层多孔结构接触的界面处呈现出小孔围绕大孔的结构。该结构表现不仅表现出优异电学性能，并能能够模拟神经突触的基本功能，为忆阻机理的探究、新型突触器件的构筑提供了研究路径。本发明的忆阻器具有优异的电学性能。本发明制备方法简单，性能优异，在高密度存储计算，人工智能领域应用广泛，为探索新型的类脑神经的工作机制提供了另辟新径。

技术领域

本发明涉及一种基于人工神经突触功能的双层多孔氧化物结构的制备方法，该双层多孔氧化物突触器件具有稳定，多阻态，低能耗、非易失、记忆与存储功能一体的忆阻特性，属于类脑计算器件技术领域。

背景技术

大脑是人类自然界最为复杂的网络之一，拥有1011个神经元，通过1015 突触进行连接，构成了一个极为复杂网络体系。在进行大量的信息计算的同时，人脑所需要的功耗低，而且具有记忆功能。基于目前计算机存在存储与计算并行，高功耗的缺点，开发一种具有类脑学习、记忆功能的计算机已经成为研究的热点。人工智能自诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域不断扩大，不仅可以对人的意识进行模拟，而且可以对人的思维的信息过程模拟。忆阻器由于其具有低功耗，非易失，结构简单等特点，是其发展具有类脑水平的智能计算机迫在眉睫。因此，在实现高密度计算，神经突触的模拟方面具有广泛应用。

目前，基于忆阻器的研究颇为广泛，其忆阻机理也分为：边界迁移机制、氧化还原机制、相变机制等；从材料体系方面：主要分为氧化物、氮化物、卤化物、二维材料、有机薄膜等；其结构类型主要包括双端和三端器件；导电类型主要分为阴离子导电和阳离子导电。然而，在稳定性、可靠性以及机理的进一步分析等方面，仍存在许多问题。例如：基于导电细丝型器件存在导电细丝的随机生成和断裂，因此在稳定性方面仍是需要克服的难题，进而限制了其在人工突触方面的进一步应用。

发明内容

针对忆阻器目前存在的问题，将流体力学与器件机理的探究相结合，结合自然界中海绵的储水、渗透、调节、释放能力，结合毛细作用并利用地下水的渗透原理，解释界面处离子的存储问题，根据忆阻器的原理，提出了一种双层多孔氧化物结构，为忆阻器机理的探究提供新的路径，不仅提升了忆阻器性能，而且在人工突触的模拟方面表现处良好的特性，为神经形态计算提供了很大应用前景。

本发明采用以下技术方案，如图1所示：

本发明所述一种基于人工神经突触功能的双层多孔氧化物结构的制备方法，该双层多孔氧化物器件结构由上至下依次包括顶电极层、氧化物层及底电极层；其特征在于：

所述氧化物层主要分为两层，包括第一氧化物层和第二氧化物层，其主要的功能是作为突触功能层；第一氧化物层靠近顶电极层一侧，第二氧化物层靠近底电极层一侧；该第一氧化物层和第二氧化物层为多孔结构，且多孔通道相互连通。且在第一氧化物层和第二氧化物层的界面处，结构呈现小孔包围大孔的结构特点，在电场的作用下为离子的输运提供通道，控制离子的输运路径；撤去外电场后，可存储金属离子。

所述的第一氧化物层为钴酸锂(LiCoO₂)、钴酸钠(NaCoO₂)、钴酸钾 (KCoO₂)、钴酸镁(Mg(CoO₂)₂)中的一种，或者离子掺杂钴酸锂(LiCoO₂： M)、离子掺杂钴酸钠(NaCoO₂：M)、离子掺杂钴酸钾(KCoO₂：M)、离子掺杂钴酸镁(Mg(CoO₂)₂：M)中的一种，所述M离子包括各种碱金属以及碱土金属元素，具体为锂(Li⁺)、钠(Na⁺)、钾(K⁺)、镁(Mg²⁺)中的一种、两种或两种以上；