快速寻找最佳合金氧化物忆阻材料的方法

摘要

本发明揭示了一种快速确定最佳合金氧化物忆阻材料的方法。本发明提供的快速确定最佳合金氧化物忆阻材料的方法，通过在绝缘衬底上形成一层金属元素配比渐变的合金层，然后在该合金层上形成合金氧化物层，再以该合金氧化物层为功能层制作出多个忆阻器，然后测试寻找性能最好的忆阻器，从而快速确认最佳金属元素配比的合金氧化物忆阻材料，该方法相较于现有技术能够显著的提高效率，减少实验次数。

说明书

技术领域

本发明属于忆阻材料技术领域，具体涉及一种快速确定最佳合金氧化物忆阻材料的方法。

背景技术

人工智能技术的快速发展对高能效处理数据提出更高要求，类脑芯片模拟人大脑具有杰出的能量效率获得广泛关注。忆阻器作为一种具有记忆功能的电阻，电阻具有可塑性，可以完美模拟生物突触，被认为是实现类脑芯片的最佳选择。忆阻器具有金属底电极/功能层/金属顶电极三明治结构，目前众多不同种类的材料被选用作功能层材料。金属氧化物被认为是比较有潜力的忆阻材料，在合金材料氧化物能够提高忆阻性能也被广泛研究。

为了寻找最佳的合金氧化物忆阻材料，通常需要做大量的实验，通过不断调节合金的成分形成不同的合金氧化物来制成忆阻器，然后测量忆阻器的性能，来寻找最佳的合金配比，但是这种方法效率低，费时费力

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种能够快速确定最佳合金氧化物忆阻材料的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速确定最佳合金氧化物忆阻材料的方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种快速确定最佳合金氧化物忆阻材料的方法，包括以下步骤：

步骤1：在绝缘衬底的一表面上形成一层沿预定方向厚度逐渐增大的第一金属层；

步骤2：在所述第一金属催化剂层的表面上形成一层沿所述预定方向厚度逐渐减小的第二金属层；

步骤3：退火处理，使第一金属层和第二金属层融合形成合金层，并使得在所述合金层中第一金属原子和第二金属原子的比值沿所述预定方向逐渐增大；

步骤4：氧化处理，在所述合金层的表面上形成合金氧化物层；

步骤5：沿所述预定方向上以不同位置处的合金氧化物层作为功能层来制作多个忆阻器；

步骤6：测试对比各个忆阻器的性能，根据性能最佳的忆阻器所对应的合金氧化物层中的金属元素配比来确定最佳金属元素配比的合金氧化物忆阻材料。

进一步地，所述第一金属和第二金属选自钨、钛、铪、铝、钽、镍中的任意两种。

进一步地，所述第一金属层和/或第二金属层通过磁控溅射的方式沉积形成。

进一步地，所述绝缘衬底为氧化硅片。

进一步地，所述步骤4中的氧化处理的具体方式为：

将所述合金层置于空气或氧气氛围下加热氧化。

进一步地，所述步骤5中制作忆阻器的具体方式为：

在所述合金氧化物层的上表面沿所述预定方向制作顶电极阵列，以形成多个沿所述预定方向阵列排布的忆阻器。

进一步地，所述顶电极包括电极层和形成于所述电极层一面上的联接层，所述顶电极通过所述联接层联接于所述合金氧化物层的上表面上。

进一步地，所述联接层的材质为钛氮，所述电极层的材质为钨、铝、金中的至少一种。

本发明有益效果：

本发明提供的快速确定最佳合金氧化物忆阻材料的方法，通过在绝缘衬底上形成一层金属元素配比渐变的合金层，然后在该合金层上形成合金氧化物层，再以该合金氧化物层为功能层制作出多个忆阻器，然后测试寻找性能最好的忆阻器，从而快速确认最佳金属元素配比的合金氧化物忆阻材料，该方法相较于现有技术能够显著的提高效率，减少实验次数。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施方式中形成第一金属层的示意图；

图2是本申请一实施方式中形成第二金属层的示意图；

图3是本申请一实施方式中形成合金层后的示意图；

图4是本申请一实施方式中形成合金氧化物层后的示意图；

图5是本申请一实施方式中形成忆阻器后的示意图。

附图标记说明：1-绝缘衬底；2-第一金属层；3-第二金属层；4-合金层；5-合金氧化物层；6-顶电极；61-电极层；62-联接层；7-溅射枪。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。

需要说明的是，以下的说明中，表示量的“％”和“份”只要无特别说明，则为重量基准。除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素；术语“优选”指的是较优的选择方案，但不只限于所选方案。

请参照图1-5所示，本发明提供了一种快速确定最佳合金氧化物忆阻材料的方法，其包括以下步骤：

步骤1：在绝缘衬底1的一表面上形成一层沿预定方向厚度逐渐增大的第一金属层2；

步骤2：在所述第一金属催化剂层的表面上形成一层沿所述预定方向厚度逐渐减小的第二金属层3；

步骤3：退火处理，使第一金属层2和第二金属层3融合形成合金层4，并使得在所述合金层4中第一金属原子和第二金属原子的比值沿所述预定方向逐渐增大；

步骤4：氧化处理，在所述合金层4的表面上形成合金氧化物层5；

步骤5：沿所述预定方向上以不同位置处的合金氧化物层5作为功能层来制作多个忆阻器；

步骤6：测试对比各个忆阻器的性能，根据性能最佳的忆阻器所对应的合金氧化物层5中的金属元素配比来确定最佳金属元素配比的合金氧化物忆阻材料。

其中，第一金属和第二金属可以选自钨、钛、铪、铝、钽、镍中的任意两种。绝缘衬底1优选为氧化硅片。

在步骤1中，第一金属层2通过磁控溅射的方式沉积形成。具体的操作方式为：

请参照图1所示，将第一金属制成的靶材安装在磁控溅射设备的溅射枪7上，使溅射枪7与绝缘衬底1的上表面呈30～70°的夹角，使溅射的第一金属原子能够直线沉积到绝缘衬底1的上表面，以使得离溅射枪7近的绝缘衬底1的表面沉积的第一金属原子多，而离溅射枪7远的绝缘衬底1表面沉积的第一金属原子少，从而一次溅射就能在绝缘衬底1的表面上形成一层沿预定方向厚度逐渐增大的第一金属层2。

在步骤2中，第二金属层3也是通过磁控溅射的方式沉积形成。具体的操作方式为：

请参照图2所示，将第二金属制成的靶材安装在磁控溅射设备的溅射枪7上，保持溅射枪7与绝缘衬底1的上表面夹角不变，然后将沉积有第一金属层2的绝缘衬底1旋转180°，启动磁控溅射设备即可在第一金属层2的表面上形成一层沿所述预定方向厚度逐渐减小的第二金属层3。

在步骤3中，退火温度可以根据合金的相图来确定，请参照图3所示，经退火处理后可以形成一层第一金属原子和第二金属原子的配比渐变的合金催化剂层。

在步骤4中，氧化处理的具体方式为：将所述合金层4置于空气或氧气氛围下加热氧化，请参照图4所示，经氧化处理后可在合金层4的表面上形成合金氧化物层5。

在步骤5中，制作忆阻器的具体方式为：在合金氧化物层5的上表面沿所述预定方向制作顶电极6阵列，以形成多个沿所述预定方向阵列排布的忆阻器(如图5)。此时，合金氧化物层5作为忆阻器的功能层，合金层4作为忆阻器的低电极。

其中，顶电极6包括电极层61和形成于所述电极层61一面上的联接层62，顶电极6通过该联接层62联接于合金氧化物层5的上表面上。联接层62的材质优选为钛氮，电极层61的材质优选为钨、铝、金中的至少一种。

本发明提供的快速确定最佳合金氧化物忆阻材料的方法，通过在绝缘衬底1上形成一层金属元素配比渐变的合金层4，然后在该合金层4上形成合金氧化物层5，再以该合金氧化物层5为功能层制作出多个忆阻器，然后测试寻找性能最好的忆阻器，从而确认最佳金属元素配比的合金氧化物忆阻材料，该方法相较于现有技术能够显著的提高效率，减少实验次数。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。