器件的各步驟以及圖8中所示的形成阻變功能層的各步驟，結(jié)合圖1至6，針對具體的一例進行說明。
[0035]首先，在步驟S11中，形成底電極102。襯底可以為本領(lǐng)域常用襯底，如玻璃襯底、藍寶石襯底、石英襯底、塑料襯底、硅襯底或者聚萘二甲酸乙二醇酯襯底等。優(yōu)選為，襯底由柔性材料構(gòu)成。更優(yōu)選為，例如由聚乙烯對苯二酸脂(PET)、聚酰亞胺、硅橡膠、聚對苯二甲酸乙二醇脂、硅樹脂等有機聚合物材料或者金屬陶瓷材料形成。作為具體的一例，如圖1所示，本實施例中選用PET作為襯底101，在PET柔性襯底101上采用溶膠一凝膠旋涂法形成氧化銦錫(ΙΤ0)底電極102。厚度優(yōu)選為lOOnm。但是，本發(fā)明不限定于此，也可以采用濺射、蒸發(fā)等多種方法形成ΙΤ0底電極。頂電極電極材料可以為Pt、Al、Au、Pd、N1、TiN、ITO、石墨烯中的一種或其組合。釆用柔性材料作襯底，突破了目前有關(guān)神經(jīng)突觸仿生器件的研究集中于硅基的憶阻器的局面，有望在柔性電子設(shè)備中獲得應(yīng)用。
[0036]接下來，在步驟S12中，形成阻變功能層103。本實施例中阻變功能層由包括上下兩層氧化層、以及位于上下兩層之間的金屬納米顆粒組成。形成阻變功能層103的具體步驟為圖8所示的步驟S121?S123。
[0037]在步驟S121中，形成下層氧化層1001，如圖2所示。本實施例中作為具體的一例采用低溫原子層淀積方法生長氧化鋁作為下層氧化層1001。在溫度為130°C的原子層淀積反應(yīng)腔內(nèi)，以三甲基鋁(TMA)為鋁源，以H20為氧源，采用原子層淀積的方法在ΙΤ0底電極表面生長5nm的氧化鋁層。本實施例中采用低溫原子層淀積工藝生長氧化層，原子層淀積工藝具有薄膜均勻性好、沉積厚度精確可控等優(yōu)點，因此能夠降低熱預(yù)算，并能夠保證器件性能，從而使得存儲在電荷陷阱層的電荷信息不會嚴重泄漏。但是，本發(fā)明不限定于此，也可以采用物理氣象沉積、化學(xué)氣象沉積、脈沖激光沉積、分子束外延等常規(guī)方法形成下層氧化層。氧化層可由Ti02、Ta205、A1203、ZnO、Hf02等金屬氧化物形成。氧化層厚度優(yōu)選為5?10nm，生長溫度可以為60?130°C。
[0038]在步驟S122中，形成金屬納米顆粒1002，如圖3所示。采用旋涂的方法在氧化鋁表面形成納米銀顆粒。作為具體的一例，首先將約10滴納米銀溶液滴在樣品上，以lOOOrpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)40s，再將樣品置于50°C熱盤上烘干。重復(fù)上述過程，循環(huán)懸涂3次。但是，本發(fā)明不限定于此，例如，可以采用本領(lǐng)域公知方法形成金屬納米顆粒。采用柔性襯底的情況下，因其不耐高溫，優(yōu)選采用懸涂方法形成金屬納米顆粒。金屬納米顆?？梢詾锳g、Au、Pt等金屬。金屬納米顆粒的尺寸優(yōu)選為40-80nm。
[0039]在步驟S123中，形成上層氧化層1003，如圖4所示。在溫度為130°C的原子層淀積反應(yīng)腔內(nèi)，以二乙基鋅(DEZ)為鋅源，以H20為氧源，采用原子層淀積的方法在ΙΤ0底電極表面生長5nm的氧化鋅。但是，也可以采用物理氣象沉積、化學(xué)氣象沉積、脈沖激光沉積、分子束外延等常規(guī)方法形成下層氧化層1003。氧化層可由Ti02、Ta205、A1203、ZnO、Hf02等金屬氧化物形成。氧化層厚度優(yōu)選為5?10nm，生長溫度可以為60?130°C。
[0040]最后，在步驟S13中，形成頂電極105。在上述步驟所形成結(jié)構(gòu)的上采用常規(guī)工藝如涂覆光刻膠、掩膜、曝光進行光刻工藝形成刻蝕圖形104，如圖5所示。采用物理氣相沉積方法淀積60 nm TaN電極層，并進行光刻膠剝離，形成頂電極105，如圖6所示。但是，本發(fā)明不限定于此，頂電極電極材料可以為Pt、Al、Au、Pd、N1、TiN、ITO、石墨稀中的一種或其組合。也可以采用派射、蒸發(fā)等多種方法形成頂電極。電極層的厚度優(yōu)選為50nm?lOOnm。
[0041]根據(jù)本發(fā)明可模擬神經(jīng)突觸的學(xué)習(xí)與記憶功能功能的，從而實現(xiàn)人工神經(jīng)領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明的全碳基神經(jīng)突觸仿生器件，頂部電極陣列可視為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的突觸前膜，底電極陣列可視為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的突觸后膜。通過對器件兩個端口施加電學(xué)刺激，可以很好的實現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的放電時間依賴可塑性(STDP):當(dāng)頂部電極(突觸前膜)受到的刺激早于底電極(突觸后膜)，出現(xiàn)突觸的長時程增強(LTP)，反之，會出現(xiàn)突觸的長時程抑制(LTD)o
[0042]以上，針對本發(fā)明的神經(jīng)突觸仿生器件及其制備方法進行了詳細地說明，但本發(fā)明不限于以上的例子，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍中，當(dāng)然也可以進行各種的改良、變形。
【主權(quán)項】
1.一種神經(jīng)突觸仿生器件，包括襯底、位于襯底之上的底電極、位于底電極之上的阻變功能層，以及位于阻變功能層之上的頂電極，其特征在于，所述電阻轉(zhuǎn)變層包括上下兩層氧化層、以及位于上下兩層氧化層之間的金屬納米顆粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)突觸仿生器件，其特征在于，所述襯底為柔性襯底。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的神經(jīng)突觸仿生器件，其特征在于，所述襯底由聚乙烯對苯二酸脂、聚酰亞胺、硅橡膠、聚對苯二甲酸乙二醇脂或硅樹脂有機聚合物材料，或者金屬陶瓷材料形成。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的神經(jīng)突觸仿生器件，其特征在于，所述氧化層為Ti02、Ta205、Al203、Hf02中的一種，或其中幾種的組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的神經(jīng)突觸仿生器件，其特征在于，所述金屬納米顆粒為Ag、Au或Pt。6.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的神經(jīng)突觸仿生器件，其特征在于，所述金屬納米顆粒的尺寸為40~80nmo7.一種神經(jīng)突觸仿生器件的制備方法，包括，在柔性襯底上形成底電極，在底電極上形成阻變功能層，在阻變功能層上形成頂電極，其特征在于，形成所述組變功能層的步驟包括: 形成下層氧化層； 在下層氧化層上形成金屬納米顆粒； 在金屬納米顆粒上形成上層氧化層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的神經(jīng)突觸仿生器件的制備方法，其特征在于，所述襯底為柔性襯底。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的神經(jīng)突觸仿生器件制備方法，其特征在于，采用低溫原子層淀積工藝形成所述氧化層。10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的神經(jīng)突觸仿生器件制備方法，其特征在于，采用旋涂方法形成所述金屬納米顆粒。
【專利摘要】本發(fā)明屬于人工神經(jīng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種神經(jīng)突觸仿生器件及其制備方法。本發(fā)明的神經(jīng)突觸仿生器件包括襯底、位于襯底之上的底電極、位于底電極之上的阻變功能層、以及位于阻變功能層之上的頂電極；其中，所述電阻轉(zhuǎn)變層包括上下兩層氧化層、以及位于上下兩層之間的金屬納米顆粒。本發(fā)明釆用柔性材料作襯底，突破了目前有關(guān)神經(jīng)突觸仿生器件的研究集中于硅基的憶阻器的局面，可在柔性電子設(shè)備中獲得應(yīng)用。在神經(jīng)突觸仿生器件的制備中，采用低溫原子層淀積工藝生長氧化層，能夠降低熱預(yù)算，并能夠保證器件性能。
【IPC分類】H01L45/00
【公開號】CN105304813
【申請?zhí)枴緾N201510608221
【發(fā)明人】陳琳, 孫清清, 張衛(wèi)
【申請人】復(fù)旦大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月23日