[发明专利]一种银纳米颗粒修饰的电子突触器件

说明书

本发明提出一种银纳米颗粒修饰的电子突触器件，所述电子突触器件包括底电极；所述底电极包括衬底；所述底电极上覆有内嵌Ag纳米颗粒的膜状氧化物介质层；所述膜状氧化物介质层上设有顶电极；所述底电极、顶电极均与膜状氧化物介质层电接触连接；本发明通过在氧化物介质中嵌入Ag纳米颗粒，增强突触权重调节的线性度和减少转换过程的权重丢失，从而改善器件的突触性能。

技术领域

本发明涉及微电子器件技术领域，尤其是一种银纳米颗粒修饰的电子突触器件。

背景技术

神经突触是生物大脑中最基本的学习记忆单元之一，对突触行为的模拟是构建类脑计算系统的硬件基础。传统的电子突触是基于互补金属氧化物半导体(CMOS)电路设计的，由几十个晶体管和电容器组成，难以大规模集成。为突破传统电子突触的限制，人们开始致力于在单个电子器件上实现突触行为的模拟仿真，以便获得具备高密度集成和低功耗的类脑计算芯片。采用氧化物制作三明治结构电子突触器件有结构简单有利于器件的集成等优势，有利于构建神经形态的计算架构。

对于忆阻器为基础的电子突触器件，通过施加连续的电脉冲，可以实现器件电导（权重）的连续调制。其中，在器件上施加相同的电脉冲后，电导变化的均匀性可以用线性度来描述。线性的权重调节意味着，向器件施加相同脉冲时电导变化量是相同的，从而使得整个器件可塑过程是简化和可预测的。对器件权重调节结果用公式拟合后得到的β值与器件线性度相关。

但是，基于单层氧化物的电子突触器件存在电导调节线性度不高，转变过程权重易丢失的不足。目前，应用于改善电子突触器件权重调节线性度的方案是极少的。

发明内容

本发明提出一种银纳米颗粒修饰的电子突触器件，通过在氧化物介质中嵌入Ag纳米颗粒，增强突触权重调节的线性度和减少转换过程的权重丢失，从而改善器件的突触性能。

本发明采用以下技术方案。

一种银纳米颗粒修饰的电子突触器件，所述电子突触器件包括底电极（01）；所述底电极包括衬底；所述底电极上覆有内嵌Ag纳米颗粒（04）的膜状氧化物介质层（02）；所述膜状氧化物介质层上设有顶电极（03）；所述底电极、顶电极均与膜状氧化物介质层电接触连接。

所述Ag纳米颗粒表面被膜状氧化物介质层完全包覆。

所述Ag纳米颗粒的平均直径≤20nm，高度为2nm-5nm。

所述顶电极的材质为金属、金属合金、导电金属化合物或半导体；所述膜状氧化物介质层的材质为氧化物；所述底电极的材质包括重掺硅、金属合金、导电金属化合物或半导体。

所述金属为Al、Ti、Ta、Cu、Pt、Au、W、Ni或Ag；所述金属合金为Pt/Ti、Ti/Ta、Cu/Ti、Cu/Au、Cu/Al、Ti/W或Al/Zr；所述金属导电化合物为TiN、TiW、TaN、WSi、AZO、ITO或FTO；所述氧化物为Ta_2-xO_5-y，0.01≤x≤1.99，0.01≤y≤4.99；所述衬底为P型重掺硅衬底或N型重掺硅衬底。

所述电子突触器件的制备方法包括以下步骤；

步骤A1、在所述重掺硅衬底上方通过磁控溅射、ALD或蒸发法制作氧化物介质层并与重掺硅衬底形成良好电接触；

步骤A2、使用磁控溅射、CVD、PECVD、MOCVD或蒸发法在所述氧化物介质层上制备所需厚度的Ag膜或者岛状分布的Ag区域；

步骤A3、对所述Ag膜或岛状Ag区域的氧化物介质层进行退火，使金属分布状态由膜态或者岛状状态变为粒径不等的纳米颗粒。

步骤A4、重复A1步骤，在所述有Ag纳米颗粒的氧化物介质层上再制备一层与A1步骤中相同材质的氧化物介质层，并完成对Ag纳米颗粒的完全覆盖，从而完成氧化物介质层中金属纳米颗粒的嵌入结构；