本發(fā)明提供一種低能耗，多阻態(tài)，具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器，屬于類腦計(jì)算器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，人工智能已經(jīng)成為世界各國(guó)研究和角逐的熱點(diǎn)。人工智能主要分為弱人工智能與強(qiáng)人工智能。弱人工智能已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)強(qiáng)人工智能是目前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而類腦計(jì)算則被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)人工智能的重要途徑之一。類腦計(jì)算是指仿真、模擬和借鑒大腦神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信息處理過(guò)程的裝置、模型和方法，其目標(biāo)是制造類腦智能芯片。類腦計(jì)算包括腦神經(jīng)科學(xué)研究，類腦計(jì)算器件研究和類腦學(xué)習(xí)與處理算法研究三方面。其中，類腦計(jì)算器件是從結(jié)構(gòu)層次仿真入手，采用光電微納器件模擬腦神經(jīng)元與神經(jīng)突觸的信息處理功能，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仿照腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。從目前的研究進(jìn)展看，類腦計(jì)算器件的架構(gòu)主要是基于數(shù)字電路、模擬電路或者數(shù)?；旌想娐啡N。ibm的“truenorth”(真北)[p.a.merolla,etal.science(科學(xué)),2014,345,668-673]與谷歌公司的“alphago”(阿爾法狗)[d.silver,etal.nature(自然),2016,529,484-489]都是基于數(shù)字電路架構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)算準(zhǔn)確，甚至在部分領(lǐng)域戰(zhàn)勝了人類，但是并沒(méi)有模擬人腦的信息處理機(jī)制，而且能耗遠(yuǎn)大于人腦。惠普公司的“themachine”以及美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[m.prezioso,etal.nature(自然),2015,521,61-64]等則是基于模擬電路架構(gòu)或數(shù)?；旌想娐芳軜?gòu)，其核心元件是憶阻器。憶阻器不僅具有開(kāi)關(guān)速度快、能耗低、尺寸小、非易失性存儲(chǔ)等性能優(yōu)點(diǎn)，更重要的是具備非線性記憶特征，被認(rèn)為是構(gòu)建類腦計(jì)算器件的最佳元件，用于模擬人腦的神經(jīng)突觸，與cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)電路模擬的神經(jīng)元連接構(gòu)成類腦神經(jīng)形態(tài)計(jì)算器件。

從材料類型上看，憶阻器主要分為氧化物憶阻器、固體電解質(zhì)憶阻器、有機(jī)和聚合物材料憶阻器、氮化物憶阻器等。其中氧化物憶阻器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料組分容易控制、制備工藝與cmos兼容等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注和研究。然而，基于氧空位遷移的氧化物憶阻器存在憶阻行為不穩(wěn)定、可控性差、寫(xiě)入噪聲大等問(wèn)題，限制了其在類腦計(jì)算器件中的應(yīng)用。而基于離子遷移的氧化物憶阻器具有穩(wěn)定性好、離子濃度易于控制等特點(diǎn)，在類腦計(jì)算器件應(yīng)用方面表現(xiàn)出很大的潛力。目前，基于數(shù)?；旌霞軜?gòu)的類腦計(jì)算器件雖然模擬了人腦的神經(jīng)突觸與神經(jīng)元，但突觸與神經(jīng)元之間的信息處理機(jī)制卻未能模仿人腦的處理方式。腦神經(jīng)醫(yī)學(xué)研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn)，人腦突觸與神經(jīng)元之間的信息處理是通過(guò)鉀鈣等離子交換完成的。其次，fisher等提出量子腦理論，認(rèn)為人腦處理信息的模式及機(jī)制與量子效應(yīng)緊密聯(lián)系在一起，遵循量子測(cè)不準(zhǔn)原理，單純由算法驅(qū)動(dòng)的電腦不足以實(shí)現(xiàn)類腦計(jì)算[m.p.a.fisher,annalsofphysics(物理學(xué)年鑒),2015,362,593-602]。上述研究表明，基于鉀鈣等堿金屬或堿土金屬離子遷移，具有量子效應(yīng)的憶阻器更利于類腦計(jì)算器件的實(shí)現(xiàn)。

li等采用鈮和鉑作為電極，氧化鋅作為介質(zhì)層，發(fā)現(xiàn)了基于氧空位遷移的量子電導(dǎo)效應(yīng)[r.w.li,etal.adv.mater.(先進(jìn)材料)2012,24,3941–3946]，觀察到了多個(gè)量子態(tài)。gao等則采用銀和銦錫氧化物作為電極，二氧化硅作為介質(zhì)層，發(fā)現(xiàn)了基于銀離子遷移的量子電導(dǎo)效應(yīng)[s.gao,etal.appliedphysicsletters(應(yīng)用物理快報(bào)),2014,105(6):063504-063504-5]。nandakumar等通過(guò)調(diào)控銅離子在非晶態(tài)二氧化硅中的遷移，在基于銅離子遷移的憶阻器中也發(fā)現(xiàn)了量子電導(dǎo)效應(yīng)[s.r.nandakumar,etal.nanolett.(納米快報(bào))2016,16,1602-1608]。fuller等通過(guò)控制鋰的遷移，制備了鋰離子突觸晶體管，實(shí)現(xiàn)了低功耗、穩(wěn)定的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算[e.j.fuller,etal.adv.mater.(先進(jìn)材料)2017,29,1604310]。盡管上述研究過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了量子電導(dǎo)等效應(yīng)，但其電導(dǎo)行為與人腦信息交換機(jī)制存在很大區(qū)別，不利于在類腦計(jì)算器件與神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)等強(qiáng)人工智能器件中的應(yīng)用。因此，如何基于鋰鈉鈣等堿金屬或堿土金屬離子遷移，制備具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器對(duì)解決類腦計(jì)算器件的信息處理模式問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)人工智能具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一、發(fā)明目的

針對(duì)目前類腦計(jì)算器件在信息處理模式存在的問(wèn)題，本發(fā)明旨在通過(guò)調(diào)控堿金屬或堿土金屬離子的遷移過(guò)程，利用隧穿效應(yīng)或者量子尺寸效應(yīng)，制備一種具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器。該憶阻器與量子效應(yīng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)低能耗，多阻態(tài)，更接近人腦的信息處理模式，可以應(yīng)用于類腦計(jì)算器件。

二、技術(shù)方案

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器，所述離子種類包括各種堿金屬元素或堿土金屬元素，例如鋰(li⁺)、鈉(na⁺)、鉀(k⁺)、鈣(ca²⁺)等中的至少一種或兩種以上的組合。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，如圖1(a)、圖1(b)所示：

本發(fā)明的一種具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器，基于堿金屬或堿土金屬離子遷移產(chǎn)生憶阻效應(yīng)，利用離子穿過(guò)隧穿層時(shí)的隧穿效應(yīng)或者納米線溝道對(duì)離子的量子尺寸效應(yīng)實(shí)現(xiàn)量子電導(dǎo)效應(yīng)，所述離子型憶阻器其結(jié)構(gòu)包括各種“三明治”結(jié)構(gòu)或者場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，例如電極/絕緣層/電極、mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管)或者tft(thinfilmtransistor，薄膜晶體管)等中的一種。

基于“三明治”結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器由頂端電極，隧穿層，氧化物層，離子摻雜層及底端電極共5層構(gòu)成。

所述的離子摻雜層為離子均勻分布區(qū)或離子梯度分布區(qū)，堿金屬或堿土金屬離子在該層均勻分布或梯度分布；所述的氧化物層為離子梯度分布區(qū)，在電場(chǎng)作用或者濃度梯度擴(kuò)散效應(yīng)下，堿金屬或堿土金屬離子呈梯度分布，濃度逐漸變化。所述的隧穿層為離子隧穿區(qū)域，利用離子在電場(chǎng)作用下穿過(guò)氧化物或者二維材料時(shí)發(fā)生的隧穿效應(yīng)，產(chǎn)生量子電導(dǎo)效應(yīng)。

基于“三明治”結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器的結(jié)構(gòu)包括“頂端電極/隧穿層/氧化物層/離子摻雜層/底端電極”、“頂端電極/氧化物層/離子摻雜層/隧穿層/底端電極”以及“頂端電極/氧化物層/隧穿層/離子摻雜層/底端電極”，如圖2所示。

其中，頂端電極厚度為30～100納米；隧穿層厚度為0.34～5納米；氧化物層厚度為10～40納米；離子摻雜層厚度為10～40納米；底端電極厚度為30～100納米。

其中，所述頂端電極與底端電極包括各種金屬、金屬氧化物或者氮化物，例如鉑(pt)、金(au)、銅(cu)、鎳(ni)、鋁(al)、鈷(co)、鉻(cr)、鈮(nb)、銦錫氧化物(ito)、鉭(ta)、鈦(ti)、銀(ag)、氮化鉭(tan)或氮化鈦(tin)等中的至少一種。

所述隧穿層材料包括各種氧化物或者二維材料，例如氧化鋁(al2o3)，二氧化硅(sio2)、二硫化鉬(mos2)、六方氮化硼(bn)、石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯等中的至少一種或兩種以上的組合。

所述氧化物層材料包括各種氧化物，例如二氧化鈦(tio2)、二氧化鉿(hfo2)、五氧化二鉭(ta2o5)、氧化鋯(zro2)、氧化鋅(zno)、氧化鎳(nio)、五氧化二鎢(w2o5)、氧化鋁(al2o3)、二氧化硅(sio2)等中的至少一種。

所述離子摻雜層材料包括各種摻雜堿金屬或堿土金屬離子的氧化物以及堿金屬或堿土金屬化合物，例如離子摻雜二氧化鈦(tio2:a)、離子摻雜二氧化鉿(hfo2:a)、離子摻雜五氧化二鉭(ta2o5:a)、離子摻雜氧化鋯(zro2:a)、離子摻雜氧化鋅(zno:a)、離子摻雜氧化鎳(nio:a)、離子摻雜五氧化二鎢(w2o5:a)、離子摻雜氧化鋁(al2o3:a)、離子摻雜二氧化硅(sio2:a)、鈷酸鋰(licoo2)、鈮酸鋰(linbo3)、磷酸亞鐵鋰(lifepo4)、亞鈮酸鋰(linbo2)、錳酸鋰(li2mno3)、錳酸鈉(naxmno20<x<1)、鈷酸鈉(naxcoo20<x<1)等中的一種；其中a離子包括各種堿金屬或堿土金屬元素，例如鋰(li⁺)、鈉(na⁺)、鉀(k⁺)、鈣(ca²⁺)等中的至少一種或兩種以上的組合，a離子的濃度在20at％以內(nèi)。

所述的基于三明治結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器的制備方法包括各種溶液旋涂方法、噴墨打印、薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)以及物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或者分子束外延等方法中的一種或兩種以上的組合。

基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器由下至上由柵極(厚度為30～100納米)、介質(zhì)層(厚度為10～200納米)、納米線溝道(直徑為1～10納米)，及位于納米線溝道兩側(cè)的電極(厚度為30～100納米)構(gòu)成。

其中，介質(zhì)層為絕緣區(qū)，幾乎沒(méi)有離子和電子通過(guò)；柵極用于施加調(diào)控電壓，調(diào)控納米線溝道中的堿金屬或堿土金屬離子遷移。限制納米線溝道的直徑，使堿金屬或堿土金屬離子的遷移在垂直方向上受到了量子尺寸效應(yīng)，調(diào)控柵極電壓，影響離子導(dǎo)電通道的尺寸，產(chǎn)生量子電導(dǎo)效應(yīng)。

所述的柵極材料包括各種導(dǎo)電性良好的無(wú)機(jī)材料，例如銦錫氧化物(ito)、硅(si)、氮化鉭(tan)、氮化鈦(tin)、鉭(ta)、鎢(w)等中的至少一種。

所述的介質(zhì)層材料包括各種絕緣性良好的金屬氧化物，例如二氧化鉿(hfo2)、二氧化硅(sio2)、氧化鋁(al2o3)等中的至少一種。

所述的納米線溝道材料包括但不限于各種堿金屬或堿土金屬化合物，例如鈷酸鋰(licoo2)、鈮酸鋰(linbo3)、鉭酸鋰(litao3)、鈷酸鈉(naxcoo20<x<1)、錳酸鈉(naxmno20<x<1)等中的至少一種。

所述電極材料包括各種金屬、金屬氧化物，例如鉑(pt)、金(au)、銅(cu)、鎳(ni)、銀(ag)、銦錫氧化物(ito)等中的至少一種。

所述電極與柵極的制備方法包括電子束蒸發(fā)或者磁控濺射等中的至少一種或兩種以上的組合。

所述絕緣層的制備方法包括脈沖激光沉積、分子束外延、磁控濺射、原子層沉積等中的至少一種。

所述納米線溝道的制備方法包括但不限于激光燒蝕、化學(xué)氣相沉積、熱氣相沉積、模板法、水熱法等方法中的一種或兩種以上的組合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器，具有如下特點(diǎn)：

1.基于堿金屬或堿土金屬離子遷移產(chǎn)生憶阻效應(yīng)；

2.利用離子穿過(guò)隧穿層時(shí)的隧穿效應(yīng)或者納米線溝道對(duì)離子的量子尺寸效應(yīng)實(shí)現(xiàn)量子電導(dǎo)效應(yīng)，觀察到多個(gè)量子態(tài)。

附圖說(shuō)明

圖1(a)是基于“三明治”結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器技術(shù)路線圖。

圖1(b)是基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器技術(shù)路線圖。

圖2(a)、(b)、(c)是基于“三明治”結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器的不同結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是基于“三明治”結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器加載電壓后離子遷移示意圖。

圖5是基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器加載電壓后離子遷移示意圖。

圖6是具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器加載正向電壓時(shí)的電導(dǎo)電壓曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明結(jié)合附圖實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的了解，其特定的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和功能細(xì)節(jié)僅是表示描述示例實(shí)施例的目的，對(duì)其不起任何限定作用。因此，可以以許多可選形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明，且本發(fā)明不應(yīng)該被理解為僅僅局限于在此提出的示例實(shí)施例，而是應(yīng)該覆蓋落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有變化、等價(jià)物和可替換物。

附圖均為示意圖，其中涉及的各功能層或區(qū)域的厚度非實(shí)際尺寸、工作模式中的電導(dǎo)及電壓值也非實(shí)際值。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例中，基于“頂端電極/隧穿層/氧化物層/離子摻雜層/底端電極”結(jié)構(gòu)。如圖2(a)所示，該結(jié)構(gòu)從下到上由底端電極104，離子摻雜層103，氧化物層102，隧穿層101及頂端電極100共五層構(gòu)成。底端電極104厚度采用100納米的鉑；離子摻雜層103采用鋰離子摻雜的二氧化鉿，厚度為30納米；氧化物層102采用30納米的二氧化鉿；隧穿層101選擇厚度為0.34納米的單層石墨烯；頂端電極100選擇100納米的氮化鈦。

該結(jié)構(gòu)通過(guò)采用脈沖激光沉積、原子層沉積、磁控濺射、電子束蒸發(fā)、刻蝕轉(zhuǎn)移等方法，由下至上在襯底上逐層制備。首先在平整潔凈襯底上采用電子束蒸發(fā)制備一層金屬鉑作為底端電極104，然后通過(guò)脈沖激光沉積在底端電極104表面沉積一層鋰離子摻雜的二氧化鉿作為離子摻雜層103，再利用原子層沉積在離子摻雜層103表面沉積一層二氧化鉿作為氧化物層102，之后通過(guò)刻蝕轉(zhuǎn)移技術(shù)在氧化物層102表面轉(zhuǎn)移單層石墨烯作為隧穿層101，最后在隧穿層101表面利用磁控濺射技術(shù)制備一層氮化鈦，并通過(guò)光刻等手段制備出分立的直徑為100微米的氮化鈦薄膜作為頂端電極100。

利用半導(dǎo)體參數(shù)分析測(cè)試儀給上述器件施加正向電壓，如圖4所示。在電場(chǎng)的作用下，鋰離子向氧化物層遷移，在氧化物層中呈梯度分布，自下而上濃度逐漸減小，器件阻態(tài)改變，表現(xiàn)出憶阻行為；由于隧穿層是單層石墨烯，當(dāng)鋰離子穿過(guò)隧穿層時(shí)發(fā)生隧穿效應(yīng)，在器件中檢測(cè)到量子電導(dǎo)現(xiàn)象，如圖6所示，電導(dǎo)值呈臺(tái)階式階躍性上升，同時(shí)電導(dǎo)值與外加電壓具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。定義ng0為該器件的中間態(tài)，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)存儲(chǔ)。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例中，基于“頂端電極/離子摻雜層/氧化物層/隧穿層/底端電極”結(jié)構(gòu)。如圖2(b)所示，該結(jié)構(gòu)從下到上由底端電極104，隧穿層101，氧化物層102，離子摻雜層103及頂端電極100共五層構(gòu)成。底端電極104采用厚度為100納米的銅；隧穿層101選擇厚度為0.34納米的單層石墨烯；氧化物層102采用30納米的五氧化二鉭；離子摻雜層103采用na離子摻雜的五氧化二鉭，厚度為30納米；頂端電極100選擇100納米的氮化鉭。

該結(jié)構(gòu)通過(guò)采用激光脈沖沉積、原子層沉積、磁控濺射，化學(xué)氣相沉積、電子束蒸發(fā)等方法，由下至上在襯底上逐層制備。首先在平整潔凈襯底上采用電子束蒸發(fā)制備一層金屬銅作為底端電極104，然后通過(guò)化學(xué)氣相沉積在底端電極104表面制備單層石墨烯作為隧穿層101，再利用原子層沉積在隧穿層101表面沉積一層二氧化鉿作為氧化物層102，之后通過(guò)脈沖激光沉積在氧化物層102表面沉積一層鈉離子摻雜的五氧化二鉭作為離子摻雜層103，最后在離子摻雜層103表面利用磁控濺射技術(shù)制備一層氮化鉭，并通過(guò)光刻等手段制備出分立的直徑為100微米的氮化鉭薄膜作為頂端電極100。

利用半導(dǎo)體參數(shù)分析測(cè)試儀給上述器件施加正向電壓。在電場(chǎng)的作用下，鈉離子向氧化物層遷移，在氧化物層中呈梯度分布，自上而下濃度逐漸減小，器件阻態(tài)改變，表現(xiàn)出憶阻行為；由于隧穿層是單層石墨烯，當(dāng)鈉離子穿過(guò)隧穿層時(shí)表現(xiàn)出隧穿效應(yīng)，在器件中檢測(cè)到量子電導(dǎo)現(xiàn)象，如圖6所示，電導(dǎo)值呈臺(tái)階式階躍性上升，同時(shí)電導(dǎo)值與外加電壓具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。定義ng0為該器件的中間態(tài)，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)存儲(chǔ)。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例中，基于“頂端電極/氧化物層/隧穿層/離子摻雜層/底端電極”結(jié)構(gòu)。如圖2(c)所示，該結(jié)構(gòu)從下到上由底端電極104，離子摻雜層103，隧穿層101，氧化物層102及頂端電極100共五層構(gòu)成。底端電極104采用厚度為100納米的金；離子摻雜層103采用鈷酸鋰，厚度為30納米；隧穿層101選擇厚度為0.4納米的單層二硫化鉬；氧化物層102采用30納米的二氧化硅；頂端電極100選擇100納米的鉑。

該結(jié)構(gòu)通過(guò)采用脈沖激光沉積、原子層沉積、磁控濺射，轉(zhuǎn)移技術(shù)、電子束蒸發(fā)等方法，由下至上在襯底上逐層制備。首先在平整潔凈襯底上采用電子束蒸發(fā)制備一層金屬金作為底端電極104，然后通過(guò)脈沖激光沉積在底端電極104表面制備鈷酸鋰作為離子摻雜層103，再利用轉(zhuǎn)移技術(shù)將單層二硫化鉬轉(zhuǎn)移到離子摻雜層103表面作為隧穿層101，之后通過(guò)原子層沉積在隧穿層101表面沉積一層二氧化硅作為氧化物層102，最后在氧化物層102表面利用磁控濺射技術(shù)制備一層鉑，并通過(guò)光刻等手段制備出分立的直徑為100微米的鉑薄膜作為頂端電極100。

利用半導(dǎo)體參數(shù)分析測(cè)試儀給上述器件施加正向電壓。在電場(chǎng)的作用下，鋰離子向隧穿層遷移，由于隧穿層是單層二硫化鉬，鋰離子穿過(guò)隧穿層時(shí)表現(xiàn)出隧穿效應(yīng)，在器件中檢測(cè)到量子電導(dǎo)現(xiàn)象。鋰離子隨后進(jìn)入氧化物層，器件阻態(tài)改變，表現(xiàn)出憶阻行為。電導(dǎo)電壓曲線如圖6所示，電導(dǎo)值呈臺(tái)階式階躍性上升，同時(shí)電導(dǎo)值與外加電壓具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。定義ng0為該器件的中間態(tài)，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)存儲(chǔ)。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例中，基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)。如圖3所示，該結(jié)構(gòu)由下至上由柵極109、介質(zhì)層108、納米線107、金屬電極105與106構(gòu)成。柵極采用厚度為40納米的氮化鈦；介質(zhì)層采用二氧化硅，厚度為30納米；納米線溝道材料為鈷酸鋰，直徑為3納米；金屬電極選擇70納米的金。

該結(jié)構(gòu)通過(guò)采用磁控濺射、原子層沉積、轉(zhuǎn)移技術(shù)、電子束蒸發(fā)等方法，由下至上在襯底上逐層制備。首先在平整潔凈襯底上采用磁控濺射制備一層金屬氮化鈦?zhàn)鳀艠O109，然后通過(guò)原子層沉積在柵極109表面制備二氧化硅作為介質(zhì)層108，再利用化學(xué)氣相沉積制備鈷酸鋰納米線107并轉(zhuǎn)移至介質(zhì)層108表面，之后通過(guò)電子束蒸發(fā)在納米線的兩端分別制備源極105與漏極106。

利用半導(dǎo)體參數(shù)分析測(cè)試儀向上述基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的具有量子電導(dǎo)效應(yīng)的離子型憶阻器的源漏極施加電壓vds，柵極施加電壓vgs，如圖5所示。在vds的作用下，鋰離子遷移改變器件電阻，表現(xiàn)出憶阻行為。由于納米線的直徑僅有5納米，鋰離子的遷移受納米線直徑和柵極電壓vgs影響。保持電壓vds不變，改變vgs，影響鋰離子導(dǎo)電通道的尺寸，器件中觀察到量子電導(dǎo)效應(yīng)，如圖6所示。隨vgs減小，器件的電導(dǎo)呈臺(tái)階式階躍性上升，同時(shí)電導(dǎo)值與vgs具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。定義ng0為該器件的中間態(tài)，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)存儲(chǔ)。