本實用新型屬于涉及有機電子和信息技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種鈦菁銅憶阻器。

背景技術(shù)：

隨著人類社會進入信息時代，電子信息產(chǎn)業(yè)得到了飛速的發(fā)展。電子器件作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，電子元器件不斷的技術(shù)革新正是促進信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動力。因此，憶阻器作為一種新型電子元器件以其獨特的非線性電學(xué)特性而引起了廣泛地關(guān)注。

憶阻器被認(rèn)為是除電阻器、電容器、電感器之外的第四種基本無源電子元件。1971年，華裔科學(xué)家蔡少堂教授在研究電荷、電流、電壓及磁通量之間關(guān)聯(lián)時提出這一概念，并指出憶阻器代表磁通量與電荷量之間的關(guān)系。憶阻器雖然具有普通電阻相同的量綱，卻有著獨特的非線性電學(xué)特性。然而在過去的幾十年中，卻一直沒有在單一器件中實現(xiàn)，所以憶阻器一直被認(rèn)為是“丟失的器件”。直到2008年惠普實驗室在國際權(quán)威雜志《Nature》上的報道才首次實現(xiàn)了可行的憶阻器原型器件。此后，憶阻器因其新穎特性成為電子、信息、材料等領(lǐng)域新的研究熱點，并在基礎(chǔ)電路設(shè)計、新型存儲器、邏輯電路及人工智能器件等領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng)用潛力。尤其在新型存儲器及人工智能器件應(yīng)用方面?zhèn)涫荜P(guān)注并得到了深入研究。

更為重要的是，憶阻器的電阻可以隨著流過電量而發(fā)生動態(tài)的改變，并記住所經(jīng)歷的阻值變化。這一特性與人類人腦的位細(xì)胞(神經(jīng)突觸)具有高度相似性，可用于開發(fā)具有自主學(xué)習(xí)能力的智能器件。神經(jīng)突觸是人類大腦學(xué)習(xí)記憶的最小單元，因此對其學(xué)習(xí)功能模擬是實現(xiàn)人工智能的重要手段。在以往研究中，往往需要多個晶體管和電容才能取得對單個神經(jīng)突觸的模擬。與生物大腦相比，如此復(fù)雜的設(shè)計必會造成很大的能耗以及較低的器件密度。究其原因是缺少能夠進行自主學(xué)習(xí)的硬件。因此，基于憶阻器的神經(jīng)突觸仿生器件研究必將為人工智能領(lǐng)域帶來新的思路，從而促進更加精確地實現(xiàn)對人工智能器件的發(fā)展。

從目前國內(nèi)外總體的研究進展來看，憶阻器仍面臨下列挑戰(zhàn)：(1)目前的研究依舊主要集中在無機材料方面，有機材料仍然面臨著器件性能不穩(wěn)定等問題；(2)憶阻器的機理有待進一步闡釋和系統(tǒng)探討。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的有機材料憶阻器性能不穩(wěn)定問題，本實用新型提供了一種鈦菁銅憶阻器，它具有明顯的器件產(chǎn)率高、輸出可重復(fù)性好、性能穩(wěn)定以及抗飽和能力強等優(yōu)勢，還表現(xiàn)出有機憶阻器適合柔性、大面積以及工藝成本低等優(yōu)勢。

本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

鈦菁銅憶阻器包含第一電極、第二電極和介于兩電極之間的阻變層，其特征在于，所述阻變層為鈦菁銅活性層。

更進一步的，鈦菁銅憶阻器還包括MoO₃的緩沖層。

更進一步的，第一電極和第二電極為氧化銦錫(ITO)、鋁、鉬、鈮、銅、金、鈀、鉑、鉭、釕、氧化釕、銀、氮化鉭、氮化鈦、鎢和氮化鎢中的一種。

更進一步的，阻變層為單層，雙層或多層結(jié)構(gòu)中的一種。

更進一步的，憶阻器結(jié)構(gòu)為交叉結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)、水平結(jié)構(gòu)和通孔結(jié)構(gòu)中的一種。

更進一步的，鈦菁銅活性層是由鈦菁銅小分子、鈦菁銅高分子和含鈦菁銅的納米材料分子中的一種組成。

更進一步的，鈦菁銅活性層厚度為50nm。

更進一步的，鈦菁銅活性層上面有一層100～500nm厚的鋁電極。

更進一步的，鈦菁銅憶阻器屬于電荷捕獲/釋放型機制型憶阻器，器件伏安曲線呈明顯的“8”字形回滯特征。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的優(yōu)點在于：

(1)本實用新型中鈦菁銅憶阻器結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計，工藝簡單，同時，表現(xiàn)出明顯的器件產(chǎn)率高、輸出可重復(fù)性、性能穩(wěn)定以及抗飽和能力強等優(yōu)勢；

(2)本實用新型中鈦菁銅憶阻器能夠進行多種神經(jīng)功能的模擬，比如：長時程/短時程記憶(LTM/STM)，“學(xué)習(xí)—遺忘”的經(jīng)驗式學(xué)習(xí)等；

(3)本實用新型中鈦菁銅域內(nèi)具有不同填充比和能量水平，依賴于施加外界電壓的作用，記憶形成有存在和缺失的特性，除了鈦菁銅層之外還可以增加其他功能層，應(yīng)用范圍得到推廣。

附圖說明

圖1為鈦菁銅憶阻器的器件結(jié)構(gòu)圖以及其局部放大圖；

圖2為鈦菁銅憶阻器的阻變層中活性薄膜層的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為鈦菁銅憶阻器(活性薄膜層為鈦菁銅CuPc)通過施加11V正負(fù)電壓時的IV曲線示意圖；

圖4為鈦菁銅憶阻器(活性薄膜層為鈦菁銅CuPc)在連續(xù)正負(fù)脈沖刺激下的電導(dǎo)率的變化曲線示意圖；

圖5為鈦菁銅憶阻器(活性薄膜層為鈦菁銅CuPc)添加MoO3緩沖層后器件的施加6V 正負(fù)電壓時的IV曲線示意圖。

圖1中標(biāo)記說明

1.第一電極；2.阻變層；3.第二電極。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖和具體的實施例，對本實用新型作詳細(xì)描述。

實施例1

現(xiàn)詳細(xì)描述所公開的鈦菁銅憶阻器的具體實例。為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細(xì)說明。在此提供的附圖及其描述僅用于本實用新型的實施例。在各附圖中的形狀和尺寸僅用于示意性例示，并不嚴(yán)格反映實際形狀和尺寸比例。此外，本實用新型所示的實施例不應(yīng)該被認(rèn)為僅限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，在本實用新型實施例圖示中，均以矩形表示，圖中的表示是示意性的，而不是用于限制本實用新型的范圍。如在本說明書和所附權(quán)利要求中所使用的，“約為”是指由制造工藝中的變化引起的±10％的變化。

本實用新型提供了一種鈦菁銅憶阻器，是基于電荷捕獲/釋放傳輸機制，器件結(jié)構(gòu)為氧化銦錫(ITO)/鈦菁銅CuPc(50nm)/鋁Al(100nm)。該器件包括：陽極襯底、活化薄膜層、陰極。其中陽極采用ITO，活化薄膜層采用厚度為50nm的CuPc，陰極采用100nm的Al，獲得了良好且穩(wěn)定的憶阻器器件。

圖1是本實用新型提出了一種基于氧化銦錫/鈦菁銅材料/鋁(ITO/CuPc/Al)結(jié)構(gòu)的電荷捕獲/釋放傳輸機制的憶阻器，器件的主要結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc/Al，包括：自下而上依次形成的第一電極1、阻變層(鈦菁銅活性層)2和第二電極3；其中，第一電極和第二電極，用于與外部電源進行電連接；阻變層，用于實現(xiàn)阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。其中，第一電極為氧化銦錫；阻變層為鈦菁銅活性層(CuPc)；第二電極為鋁。鈦菁銅憶阻器還包括電極引出層，用于分別引出第一電極和第二電極，并于外部電源進行電連接；電極引出層為金屬金。鈦菁銅憶阻器還包括第一電極層下的襯底層，襯底層的材料為玻璃。所述襯底一般由二氧化硅、摻雜二氧化硅或者其他材料制成。所述第一電極和所述第二電極材料分別獨立選取以下所述組中的一種材料，包括氧化銦錫、鋁、銅、金，其中第一電極優(yōu)選氧化銦錫。所述第二電極的厚度約為100nm。所述第二電極可以采用蒸鍍等物理氣相沉積的方法形成。所述的活性層是含鈦菁銅基本結(jié)構(gòu)單元的分子，包括鈦菁銅小分子、鈦菁銅高分子和含鈦菁銅的納米材料。

圖2是表示鈦菁銅憶阻器活性薄膜層鈦菁銅材料的分子結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是表示鈦菁銅憶阻器(其中活性薄膜層為鈦菁銅(CuPc))在連續(xù)正電壓以及連續(xù)負(fù)電壓掃描下的電流-電壓特性曲線示意圖，操作電壓分別為+11V和-11V。

神經(jīng)突觸實際上可以看作是兩端式的器件，它具有獨特的非線性傳輸特性。神經(jīng)元之間的連接強度決定著傳遞的效率，它可以動態(tài)的隨刺激信號或抑制信號的訓(xùn)練而改變，并且保持連續(xù)變化的狀態(tài)。憶阻器具有其電阻可以隨流經(jīng)電量而發(fā)生連續(xù)的電阻變化，這一非線性電學(xué)特性與神經(jīng)突觸的非線性傳輸特性具有高度的相似性。當(dāng)于器件上施加連續(xù)掃描正電壓 (0-11V)和負(fù)電壓(0--11V)時，電流將會隨之連續(xù)的增加或減少。在此憶阻器件中，如果我們將器件的電導(dǎo)率看作為突觸權(quán)重，以上的結(jié)果表明出與生物神經(jīng)突觸非線性傳輸特性的相似。其中通過施加正電壓/負(fù)電壓去刺激/抑制神經(jīng)突觸。該結(jié)構(gòu)憶阻器具有與已有憶阻器相似的電學(xué)特性。

圖4是表示鈦菁銅憶阻器(其中活性薄膜層為鈦菁銅(CuPc))連續(xù)正電壓和負(fù)電壓長時間掃描下的電導(dǎo)率曲線示意圖。在11V和-11V的操作電壓下，該憶阻器件在正電壓刺激下，電導(dǎo)率增加，在負(fù)電壓刺激下，電導(dǎo)率減小。

圖5是表示鈦菁銅憶阻器(其中活性薄膜層為鈦菁銅(CuPc))添加緩沖層MoO₃的電流—電壓特性曲線示意圖。該器件在6V和-6V的操作電壓下，電流—電壓特性曲線產(chǎn)生明顯的“8”字型回滯曲線，該結(jié)構(gòu)的器件同樣具有與已有憶阻器相似的電學(xué)特性。由此可知，

MoO₃緩沖層在器件結(jié)構(gòu)中可以起到降低操作電壓的作用，該憶阻器件通過采用緩沖層MoO₃作為修飾層，可顯著提高器件的性能。

實施例2

本實用新型提供了一種基于電荷捕獲/釋放傳輸機制的鈦菁銅憶阻器器件，器件結(jié)構(gòu)為氧化銦錫(ITO)/鉬氧化物(5nm)/鈦菁銅CuPc(50nm)/鋁Al(100nm)。該器件包括：陽極襯底、氧化物緩沖層、活化薄膜層、陰極。其中陽極采用ITO，氧化物緩沖層采用厚度為5 nm的MoO₃，活化薄膜層采用厚度為50nm的CuPc，陰極采用100nm的Al，獲得了良好且穩(wěn)定的憶阻器器件。

以上示意性地對本實用新型及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實用新型的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本專利的保護范圍。