[发明专利]一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器及其制备方法。在本发明中，首次提出将反铁磁材料同时应用于光感与阻变存储功能层中。该忆阻件由光感输入端与阻变输出端组成，通过反铁磁的逆自旋与自旋霍尔效应实现光感输入与阻变存储。本发明是一种新型忆阻器，其将光感与阻变部分集成，具有同质衬底外延、薄膜无应力、低功耗、抗磁场、输入端可扩展等特点，为光感神经拟态计算提供一个感存算一体的器件。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，具体涉及一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器及其制备方法。

背景技术

随着时代的发展，人类文明产生越来越多的数据，大数据为强大的人工智能模型提供了基础，但对于相关硬件的要求，如超级计算机及其算力，也水涨船高。过去的硬件能力因摩尔定律不断提高，但是算力瓶颈尚不明显，但是随着大数据时代以及智能社会的到来，硅基硬件逐渐达到极限，并逐渐凸显超高算力硬件的高能耗问题。

为了突破目前计算机处理速度与能效，许多新型计算方式与架构已经成为计算机研发热点。当前计算机的处理速度极大程度受限于电子流动速度，应运而生的便是依靠光子传输的光计算。现有的研究已经证明，光计算在处理某些问题时，能力明显优于电子运算，例如“矩阵乘法”，使用光可以基本上零延时、零能耗完成，且相比于代传统电子处理核，光计算将大幅提高计算机带宽。

除此之外，传统人工智能以及深度学习核心仍然为数字矩阵运算，这种运算其实也是计算机运算速度与功效瓶颈的来源之一。而人脑能够以超低功耗处理大量信息，这得益于人脑中神经突触的可塑性，而由此启发的类似人脑计算架构的芯片。人脑中的信息传递与处理是通过电荷脉冲在神经网络中传递实现的。而类脑芯片中核心为模拟神经元和突触功能的类脑器件，特点是低功耗存算一体。忆阻器的特点为非易失的阻值随输入条件变化而变化，实现低功耗与阻值可调。这些特性使忆阻器成为了模拟计算最有优势的器件，且被视为能够实现类脑存算一体的首选器件。基于忆阻器的存算硬件应用涵盖了信息存储、混沌电路、人工智能、多种感知等众多方向，是未来人工智能硬件的核心器件，也是获得低成本类脑芯片的必经之路。

因此，如何结合光计算与存算一体的类脑器件形成光感神经拟态器件，以实现更快更低功耗的神经拟态计算，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于为光感神经拟态计算提供一个感存算一体的器件。所制造的忆阻器能够在有磁场影响下实现低能耗与稳定开关比，为光感神经拟态计算提供硬件基础。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器，所述忆阻器包括位于基底上的底部连通电极，位于底部连通电极上间隔分布的光感输入端与阻变输出端，所述光感输入端包括光感输入层，所述阻变输出端自下而上包括阻变层和顶部电极，所述光感输入层和阻变层均采用反铁磁材料，所述光感输入层和阻变层均与所述底部连通电极接触连接。

优选地，光感输入端的数量为一个或多个。

优选地，光感输入端与阻变输出端的间距大于0且不大于5cm。

优选地，所述基底为钛酸锶，其厚度为0.1-1mm。

优选地，所述底部连通电极采用钌酸锶，其厚度为10-50nm。

优选地，所述光感输入层和阻变层为双轴氧化镍，其厚度为5-50nm。

优选地，所述顶部电极材料采用氮化钛或金属材料，其厚度为10-50nm。

本发明还提供了一种如上所述的基于反铁磁的太赫兹光调控忆阻器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1，准备和清洗基底；

S2，在所述基底上外延生长底部连通电极；

S3，外延生长间隔分布的光感输入层和阻变层；

S4，在阻变层上制备顶部电极。