一种忆阻器及其制备方法和应用

本发明属于类神经元器件，具体涉及一种忆阻器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，由两个双极反向连接的互补电阻开关(complementaryresistiveswitches，crs)忆阻器因其抑制不需要的通道电流而引起了广泛的研究兴趣。具体地说，传统忆阻器的电阻在高值和低值之间变化，并且在未选择的低电阻忆阻器单元中可能出现漏电流路径。相比之下，crs忆阻器相当于一个分压器，在不同电压状态下产生不同的阻值状态，将传统的高阻“0”状态和低阻“1”状态定义为“off”状态和“on”状态。另外在两个双极反向连接的忆阻器中，一个单元器件处于高阻状态(high resistance state，hrs)，另一个处于低阻状态(low resistance state，lrs)，类似两个器件串联的整个器件就增加两种半高阻状态——可编码为二进制“0”和“1”状态，因此可以防止隐藏路径的形成。

2、神经系统是生物机体对其生理活动的调节起主导作用的系统。神经元是神经系统中最基本的结构和功能单位，通过复杂的放电活动承担着接受刺激、传递信息等重要作用。突触是将大脑神经元网络中神经元连接到一起的机能连接点。突触由突触前膜、突触间隙和突触后膜组成，突触前膜与前一个神经元连接，突触后膜与后一个神经元连接。突触可以利用突触前膜释放特殊化学物质—神经递质，作为传递信息的媒介作用于突触后膜。神经递质与突触后膜结合后，触发后一个神经元的放电行为。

3、神经元的放电行为，也称为动作电位，是一种最基本的电学行为，也是神经元之间交流的重要手段。神经元在接收到来自其它神经元的刺激时，细胞内外的离子通过细胞膜的离子通道进入或流出细胞，改变细胞膜内外的电位差，即膜电位，使神经元产生去极化现象。当膜电位超过电位阈值时，所产生的短暂的电压脉冲，就是动作电位。

4、但是，目前还未见互补型忆阻器在仿生生物神经元中的应用，限制了互补型忆阻器的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种忆阻器及其制备方法和应用，本发明提供的忆阻器为具有互补特性的阻变器件，具有大开关比的crs特性，能够很好地模拟神经元的放电行为，在作为类神经器件中具有一定潜能。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种忆阻器，包括依次层叠设置的衬底1、底电极2、氧化石墨烯层3、tio2层4和顶电极5。

4、优选的，所述氧化石墨烯层3的厚度为50～150nm。

5、优选的，所述tio2层4的厚度为80～200nm。

6、优选的，所述底电极2为ito；所述底电极2的厚度为150～200nm。

7、优选的，所述顶电极5为金属电极，所述顶电极5的厚度为150～300nm。

8、本发明提供了上述技术方案所述的忆阻器的制备方法，包括以下步骤：

9、在表面具有底电极2的衬底1的底电极2表面第一涂覆氧化石墨烯分散液，第一干燥后在底电极表面得到氧化石墨烯层3；

10、在氧化石墨烯层3表面第二涂覆二氧化钛前驱体溶液，第二干燥后在氧化石墨烯层表面得到tio2层4，得到半成品；

11、将所述半成品进行退火，得到退火半成品；

12、在所述退火半成品的tio2层表面制备顶电极5，得到所述忆阻器。

13、优选的，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1mol/g；所述第一涂覆为第一旋涂，所述第一旋涂的转速为2000rad/s；所述第一干燥的温度为50℃，时间为10min。

14、优选的，所述二氧化钛前驱体溶液包括钛酸异丙酯和异丙醇；所述钛酸异丙酯和异丙醇的质量比为1:3；所述第二涂覆为第二旋涂，所述第二旋涂的转速为3500rad/s；所述第二干燥的温度为100℃，时间为10min。

15、优选的，所述退火的温度为250℃，时间为4h。

16、本发明提供了上述技术方案所述的忆阻器或上述技术方案所述的制备方法得到的忆阻器在制备类神经元器件中的应用。

17、本发明提供了一种忆阻器，包括依次层叠设置的衬底1、底电极2、氧化石墨烯层(go层)3、tio2层4和顶电极5。本发明以tio2/go的叠层结构为阻变层构建忆阻器，其中go层在经过测试后，导电性逐渐增强，随后部分充当电极，形成了两个忆阻器串联的器件，展现出crs特性，得到的器件可以在不同方向的电压作用下发生set/reset，表现出独特的阻变特性。本发明提供的忆阻器由于存在互补电阻开关的行为，类似由一个结构为顶电极/tio2/底电极的忆阻器和一个结构为顶电极/go/底电极的忆阻器反串联连接组成；其阻变行为很好的模拟了神经元的放电过程-去极化和反极化行为。综上，本发明提供的忆阻器具有大开关比的crs特性，很好地模拟了神经元的放电行为，在作为神经器件中具有一定潜能，进一步拓宽阻变存储器的应用，是记忆神经元家族的有用补充。由实施例的结果表明：本发明提供的忆阻器的开关阻值比sr＝103。

技术特征：

1.一种忆阻器，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底(1)、底电极(2)、氧化石墨烯层(3)、tio2层(4)和顶电极(5)。

2.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述氧化石墨烯层(3)的厚度为50～150nm。

3.根据权利要求1或2所述的忆阻器，其特征在于，所述tio2层(4)的厚度为80～200nm。

4.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述底电极(2)为ito；所述底电极(2)的厚度为150～200nm。

5.根据权利要求1或4所述的忆阻器，其特征在于，所述顶电极(5)为金属电极，所述顶电极(5)的厚度为150～300nm。

6.权利要求1～5任一项所述的忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1mol/g；所述第一涂覆为第一旋涂，所述第一旋涂的转速为2000rad/s；所述第一干燥的温度为50℃，时间为10min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛前驱体溶液包括钛酸异丙酯和异丙醇；所述钛酸异丙酯和异丙醇的质量比为1:3；所述第二涂覆为第二旋涂，所述第二旋涂的转速为3500rad/s；所述第二干燥的温度为100℃，时间为10min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为250℃，时间为4h。

10.权利要求1～5任一项所述的忆阻器或权利要求6～9任一项所述的制备方法得到的忆阻器在制备类神经元器件中的应用。

技术总结
本发明属于类神经元器件技术领域，具体涉及一种忆阻器及其制备方法和应用。本发明提供的忆阻器，包括依次层叠设置的衬底、底电极、氧化石墨烯层、TiO<subgt;2</subgt;层和顶电极。本发明以TiO<subgt;2</subgt;/GO的叠层结构为阻变层构建忆阻器，形成了两个忆阻器串联的器件，展现出CRS特性，得到的器件可以在不同方向的电压作用下发生SET/RESET，表现出独特的阻变特性；其阻变行为很好地模拟了神经元的放电过程‑去极化和反极化行为。因此，本发明提供的忆阻器具有大开关比的CRS特性，很好地模拟了神经元的放电行为，具有一定作为神经形态器件的潜能，进一步拓宽了阻变存储器的应用，是记忆神经元的有用补充。

技术研发人员：潘金艳,李静,黄巧,高云龙,李铁军,谢伦博,王祯平,钟莹莹
受保护的技术使用者：集美大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19