[发明专利]基于离子门调控的可重构神经元器件及其制备方法

说明书

本公开提供一种基于离子门调控的可重构神经元器件及其制备方法，涉及人工神经元存储器件技术领域。该器件包括：由下至上依次层叠的合成反铁磁层、金属氧化物层、离子液体层和顶电极层，合成反铁磁层的底端相对的两个边缘上设置有磁化方向相反的左边界反铁磁层和右边界反铁磁层，合成反铁磁层的底端中部还设置用于输出尖峰信号的磁性隧道结；其中，金属氧化物层、离子液体层和顶电极层构成离子门，离子液体层包括正离子和负离子，当顶电极层施加输入电压时，金属氧化物层中的氧离子随着离子液体层中的正离子和负离子的分布而移动，以调整合成反铁磁层顶部界面的电荷积累，从而通过RKKY作用调控合成反铁磁层底部的磁畴壁的泄露运动速度。

技术领域

本公开涉及人工神经元存储器件技术领域，具体涉及一种基于离子门调控的可重构神经元器件及其制备方法。

背景技术

随着社会发展和技术进步，存储装置的读写速度以及功耗大小日益受到人们的重视。存储器需要有较高的读写速度和较低的操作电压，为满足此种要求，磁存储器由于其非易失性、反应速度较快的特点，被认为是下一代新型存储器的理想选择。

但是，当前基于磁存储结构模拟生物特性的神经元器件都存在着无法模拟神经元泄露特性，无法调控泄露特性，且不易于集成的问题；而基于传统电路实现的神经元器件，也存在着器件占用面积大，能耗高的缺点。故而，当前基于磁存储器的神经元特性进行设计的存储器，都存在着各种各样的缺陷。

为了进一步提高神经元器件集成度，减小神经元器件能耗，更好的模拟、调控神经元的泄露特性，研发一种电路设计的复杂度低，泄露特性可控的人工神经元存储器件势在必行。然而，现有的人工神经元存储器件主要存在以下缺陷：(1)无法模拟出神经元的不断积累后输出尖峰信号的特性；(2)无法实现神经元的泄露特性；(3)不易于器件对现有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺的集成：(4)泄露占用面积大，能耗高；(5)杂散场抑制范围有限，无法实现对神经元器件的全局抑制。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了一种基于离子门调控的可重构神经元器件及其制备方法。

本公开的第一个方面提供了一种基于离子门调控的可重构神经元器件，包括：由下至上依次层叠的合成反铁磁层、金属氧化物层、离子液体层和顶电极层，合成反铁磁层的底端相对的两个边缘上设置有磁化方向相反的左边界反铁磁层和右边界反铁磁层，合成反铁磁层的底端中部还设置用于输出尖峰信号的磁性隧道结；其中，金属氧化物层、离子液体层和顶电极层构成离子门，离子液体层包括正离子和负离子，当顶电极层施加输入电压时，金属氧化物层中的氧离子随着离子液体层中的正离子和负离子的分布而移动，以调整合成反铁磁层顶部界面的电荷积累，从而通过RKKY作用调控合成反铁磁层底部的磁畴壁的泄露运动速度。

进一步地，顶电极层为透明导电材料，透明导电材料包括掺锡氧化铟；离子液体层中的正离子和负离子分别为EMI+离子和TFSI-离子；金属氧化物层的材料包括HfZrO。

进一步地，合成反铁磁层包括由上至下依次层叠的第一铁磁层、耦合层和铁磁自由层；其中，第一铁磁层连接金属氧化物层，第一铁磁层和铁磁自由层通过耦合层的RKKY作用构成反铁磁耦合。

进一步地，第一铁磁层和铁磁自由层具有垂直磁各向异性，其材料各自包括Co/Pt或者CeFeB；耦合层的材料包括Ru或Ta中的至少一种。

进一步地，磁性隧道结包括由上至下依次层叠的势垒层、铁磁参考层和底电极层，其中，势垒层与铁磁自由层连接。

进一步地，势垒层的材料包括Al₂O₃或MgO；铁磁参考层具有垂直磁各向异性，其材料包括Co/Pt或CeFeB；底电极层的材料包括Cu或Au。