本發(fā)明屬于無機(jī)材料二維異質(zhì)結(jié)和信息存儲，具體涉及一種tio2/res2自整流異質(zhì)結(jié)憶阻器陣列、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來,人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展,對海量數(shù)據(jù)的快速高效處理提出了更高的要求.基于馮·諾依曼架構(gòu)的傳統(tǒng)計算系統(tǒng),由于存儲器和處理器的物理分離導(dǎo)致了“存儲墻”瓶頸，難以實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理。憶阻器因其并行信息處理、低功耗且具有存儲和計算一體等優(yōu)點，使其在處理高維和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方面顯示出巨大優(yōu)勢，被認(rèn)為是未來存儲和神經(jīng)形態(tài)計算技術(shù)的主要候選者。

2、金屬氧化物中的本征缺陷或離子的分布是決定憶阻器性能的關(guān)鍵因素，氧空位又是其中的主要因素。憶阻器中的局部氧空位密度分布會隨著外加電場而發(fā)生變化，進(jìn)而使器件的電導(dǎo)發(fā)生改變。所以控制氧空的分布和隨電場的運(yùn)動是提升憶阻器性能的關(guān)鍵。據(jù)報道，金屬納米顆粒的插入可以提升憶阻器性能。然而，金屬納米顆粒的大尺寸和隨機(jī)分布會阻礙在更大的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)器件間性能的可重復(fù)性。二維過渡金屬雙硫化物(tmds)由于其獨(dú)特的化學(xué)和物理性質(zhì)，被應(yīng)用于許多新興研究領(lǐng)域。二硫化錸作為一種新型tmd，具有合適的帶隙(1.5-1.6ev)、豐富的邊緣活性位點和優(yōu)異的電學(xué)性能，在光催化等領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。但其作為金屬納米顆粒插入層與二氧化鈦形成異質(zhì)結(jié)作為憶阻器的功能層來構(gòu)成憶阻器陣列仍未得到充分探索。

3、神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)就是由具有突觸功能的憶阻器件組成的陣列，因此實現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)計算的關(guān)鍵元素就是一個高性能的突觸器件，其可以模擬理想的突觸器件且抑制神經(jīng)形態(tài)中不需要的信號。然而，潛行電流問題是大規(guī)模憶阻器陣列在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用所面臨的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)，潛行電流問題主要是指在對交叉陣列中的某一單元進(jìn)行讀取操作時,由于該單元周圍器件的狀態(tài),電流沒有按照設(shè)定路徑流經(jīng)而造成誤讀的問題，會干擾憶阻器高低阻態(tài)的讀取，限制憶阻器的集成規(guī)模。目前常見的方法就是把憶阻器和一個有源晶體管串聯(lián)起來構(gòu)成1t1r結(jié)構(gòu)，或者是串聯(lián)選擇器構(gòu)成1s1r結(jié)構(gòu)和串聯(lián)二極管構(gòu)成1d1r結(jié)構(gòu)。但上述方法都需要增加額外器件，增加了交叉結(jié)構(gòu)陣列的功耗和復(fù)雜度。自整流憶阻器顧名思義兼具了憶阻器的阻變特性且存在類似于二極管的單向?qū)ㄌ匦?，可以有效抑制潛行電流。?dāng)使用自整流憶阻器作為交叉陣列的集成元件時，不需要額外的器件來抑制交叉陣列結(jié)構(gòu)的潛行電流，極大的提升了交叉陣列的集成度，降低了功耗，有利于實現(xiàn)大規(guī)模的憶阻器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，有著巨大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于二氧化鈦/二硫化錸異質(zhì)結(jié)自整流憶阻器陣列的制備方法及其應(yīng)用，所述的制備方法快速且簡易，無嚴(yán)苛的實驗環(huán)境要求。通過在水熱法制備的二氧化鈦憶阻器上生長一層二硫化錸納米顆粒。其在保留二氧化鈦憶阻器模擬式阻變和突觸特性的同時因二硫化錸和的金接觸電勢差與二氧化鈦和fto的接觸電勢差不同導(dǎo)致了負(fù)向的自整流效應(yīng)，提升了器件抑制潛行電流的能力。

2、本發(fā)明提供一種基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列，所述基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列的最下層為導(dǎo)電玻璃，所述導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上設(shè)置有二氧化鈦層，所述二氧化鈦層上設(shè)置有二硫化錸層；所述二氧化鈦層與所述二硫化錸層形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，所述二硫化錸層上設(shè)置有若干互不相連的金電極；

3、每個所述金電極與位于此金電極正下方，且被此金電極所覆蓋的二硫化錸層的區(qū)域、二氧化鈦層的區(qū)域、導(dǎo)電玻璃的區(qū)域組成一個憶阻器。

4、優(yōu)選的，所述導(dǎo)電玻璃的基底為玻璃，導(dǎo)電層為摻雜氟的sno2，導(dǎo)電層的厚度范圍為450nm～550nm；

5、所述二硫化錸層由粒徑范圍為420nm～440nm的二硫化錸納米顆粒相互堆疊組成；

6、所述二氧化鈦層的厚度范圍為1.2um～1.4um，所述二氧化鈦層由直徑為76nm～200nm的二氧化鈦納米棒緊密排列組成；

7、所述金電極為圓餅形狀，直徑350um，厚度50nm；

8、每個所述憶阻器的整流比達(dá)到103。

9、本發(fā)明還提供一種基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列的制備方法，包括以下步驟：

10、(1)獲取導(dǎo)電玻璃；

11、(2)使用鈦酸四丁脂和鹽酸配制二氧化鈦的前體溶液；

12、(3)將兩片步驟(1)中所述的導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面朝下，呈v字型放入反應(yīng)容器中，并加入步驟(2)中所述的前體溶液，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，在導(dǎo)電玻璃上得到二氧化鈦；

13、(4)使用ch4n2s、nareo4配制二硫化錸的前體溶液；

14、(5)將步驟(3)中所得到的生長有二氧化鈦的導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面朝下，呈v字型放入反應(yīng)容器中，并加入步驟(4)中所述的前體溶液，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，在導(dǎo)電玻璃上得到二氧化鈦/二硫化錸異質(zhì)結(jié)；

15、(6)在步驟(5)所制備的二氧化鈦/二硫化錸異質(zhì)結(jié)樣品上濺射特定形狀的若干個金屬頂電極得到基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列，所述若干個金屬頂電極之間互相不連接。

16、優(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述鹽酸的濃度為6mol/l；所述鈦酸四丁脂和鹽酸的體積比為1.67％。

17、優(yōu)選的，所述步驟(4)中，所使用的前體溶液為ch4n2s為58mg和nareo4為20mg分散到18ml的去離子水中。

18、優(yōu)選的，所述步驟(3)中，所述溶劑熱反應(yīng)的處理條件為：在150℃下加熱12h；所述步驟(5)中，所述溶劑熱反應(yīng)的處理條件為：在210℃下加熱6h。

19、優(yōu)選的，所述步驟(6)中，所述特定形狀的金屬頂電極為直徑350um、厚度50nm的圓餅狀金電極。

20、優(yōu)選的，所述步驟(6)中，所述濺射的工藝具體包括：使用直流磁控濺射的濺射電流為120ma，濺射時間為103s。

21、本發(fā)明還提供一種基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列在模擬人腦記憶中的應(yīng)用，包括以下步驟：

22、構(gòu)建基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列，分別選取陣列中預(yù)設(shè)位置的憶阻器，得到憶阻器組，設(shè)定電壓1和電壓2，電壓1低于電壓2；

23、對憶阻器組中的憶阻器，使用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀進(jìn)行電壓值為電壓1的脈沖處理；

24、施加read電壓測量經(jīng)電壓1脈沖處理后的憶阻器的電流，測得的電流在預(yù)設(shè)時間內(nèi)逐漸衰減并完全消失，模擬人腦中的短時程記憶；

25、對憶阻器組中的憶阻器，使用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀進(jìn)行電壓值為電壓2的脈沖處理；

26、施加read電壓測量經(jīng)電壓2脈沖處理后的憶阻器的電流，測得的電流在預(yù)設(shè)時間內(nèi)逐漸衰減但不完全消失，模擬人腦中的長時程記憶。

27、優(yōu)選的，所述電壓1和電壓2分別為2v和4v；預(yù)設(shè)時間為100秒。

28、優(yōu)選的，所述基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列為由憶阻器組成的二維陣列，使用二維陣列中的所預(yù)設(shè)的憶阻器作為像素點組成二維圖像，利用憶阻器件對不同電壓具有不同的弛豫時間，分別模擬人腦對圖像的短時程記憶和長時程記憶。

29、本發(fā)明還提供一種基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列在模擬條件反射中的應(yīng)用，包括以下步驟：

30、設(shè)定兩種電壓值的脈沖：高壓脈沖和低壓脈沖，高壓脈沖和低壓脈沖的電壓值分別為電壓3和電壓4；

31、設(shè)定閾值電流；所述閾值電流的設(shè)置包括：使用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀將電壓3施加在沒有經(jīng)過加電壓處理的憶阻器上，得到電流1；將電壓4施加在沒有經(jīng)過加電壓處理的憶阻器上，得到電流2；將所述閾值電流的大小設(shè)定在電流1和電流2之間；

32、選取基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列中的一個憶阻器，使用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀先后進(jìn)行高壓脈沖和低壓脈沖處理；循環(huán)高壓脈沖和低壓脈沖處理n輪后，得到訓(xùn)練好的憶阻器；所述訓(xùn)練好的憶阻器是指，在訓(xùn)練完成后立即使用所述低壓脈沖對訓(xùn)練好的憶阻器進(jìn)行處理，測得的電流值高于閾值電流的憶阻器；

33、對于訓(xùn)練好的憶阻器，經(jīng)過一定時間后，再次循環(huán)進(jìn)行高壓脈沖和低壓脈沖處理m輪后，得到訓(xùn)練好的憶阻器；且m小于等于n。

34、本發(fā)明的有益效果：

35、本發(fā)明提供的一種基于tio2/res2異質(zhì)結(jié)自整流的憶阻器陣列，因二硫化錸與金的接觸電勢差和二氧化鈦與fto的接觸電勢差不同，導(dǎo)致器件負(fù)向只有微小的整流電流，因此器件具有自整流效應(yīng)，其可抑制潛行電流而不需要與晶體管、二極管等器件并聯(lián)，因此極大的提升了交叉陣列的集成度。本發(fā)明產(chǎn)品達(dá)到的這種特性，使其能更好的應(yīng)用于模擬記憶和條件反射。