CN111477741A - 非易失多值忆阻器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种非易失多值忆阻器，包括：衬底、以及依次形成于衬底上的金属底电极、功能层和金属顶电极，其中，金属底电极临近功能层的一侧表面还设置有若干金属纳米颗粒，若干金属纳米颗粒具有至少两种不同的尺寸。本发明还揭示了一种非易失多值忆阻器的制备方法，包括：S1、提供一衬底，并在衬底上制备金属底电极；S2、在金属底电极远离衬底的一侧表面形成若干金属纳米颗粒，若干金属纳米颗粒至少包含两种不同的尺寸；S3、在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面制备功能层；S4、在功能层远离衬底的一侧表面制备金属顶电极。本发明的优点包括：所提供的忆阻器能够实现高一致性非易失多值的特性。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种非易失多值忆阻器。
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，为实现多值忆阻器，通常会通过在功能材料制备过程中引入大量缺陷(氧空位等)来实现。
经过十余年的发展，高一致性的非易失多值忆阻器仍未突破。在功能材料制备过程中引入大量缺陷获得的多值忆阻器大多基于界面效应，具有易失性；基于导电丝的非易失忆阻器一般不具有多值性能，且成丝具有随机性，器件一致性差。实现非易失多值忆阻器，需要解决两个问题：一是导电丝出现的随机性，二是导电丝个数的调控。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种兼具非易失与多值性能的忆阻器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非易失多值忆阻器，以解决现有技术中忆阻器不能兼具非易失与多值性能的问题。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一实施例中，本发明提供一种非易失多值忆阻器，包括：衬底、以及依次形成于所述衬底上的金属底电极、功能层和金属顶电极，其中，所述金属底电极临近所述功能层的一侧表面还设置有若干金属纳米颗粒，所述若干金属纳米颗粒具有至少两种不同的尺寸。
可选的，所述金属纳米颗粒的材质为金；和/或，
所述衬底选用表面形成有氧化硅层的硅片或CMOS芯片；和/或，
所述金属底电极包括与所述衬底联接的粘附层以及位于远离所述衬底一侧的电极层；和/或，
所述金属顶电极包括与所述功能层联接的粘附层以及远离所述功能层一侧的电极层；和/或，
所述功能层的材质为金属氧化物。
可选的，所述金属底电极电极层的熔点高于所述金属底电极粘附层的熔点，优选地，所述金属底电极粘附层材料为钛金属，所述金属底电极电极层的材料为钨金属；和/或，
所述金属顶电极的粘附层的熔点低于所述金属顶电极电极层熔点，优选地，所述金属顶电极粘附层材料为钛氮，所述金属顶电极电极层的材料为钨、或铝、或金；和/或，
所述功能层的材质为氧化铪、或氧化钽、或氧化钨。
可选的，所述金属底电极粘附层厚度2-5nm，所述金属底电极电极层的厚度 30-100nm，所述功能层厚度10-50nm；和/或，所述金属顶电极厚度50-200nm。
可选的，所述金属底电极和金属顶电极在所述衬底上的垂直投影彼此垂直；优选地，
所述非易失多值忆阻器包括多个阵列排布的金属底电极与金属顶电极。
本发明的又一实施例提供一种非易失多值忆阻器的制备方法，所述制备方法包括：
S1、提供一衬底，并在所述衬底上制备金属底电极；
S2、在所述金属底电极远离所述衬底的一侧表面形成若干金属纳米颗粒，所述若干金属纳米颗粒至少包含两种不同的尺寸；
S3、在所述金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面制备功能层；
S4、在所述功能层远离所述衬底的一侧表面制备金属顶电极。
可选的，所述步骤S1包括：
透过掩膜版对所述衬底上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属底电极的图形化区域；
在所述形成有金属底电极图形化区域的衬底上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在所述衬底上的金属底电极；和/或，
所述步骤S4包括：
透过掩膜版对所述功能层上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属顶电极的图形化区域；
在所述形成有金属顶电极图形化区域的功能层上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在所述功能层上的金属顶电极。
可选的，所述步骤S2包括：
在金属底电极表面电子束蒸发形成金属膜，并在惰性气体环境下退火以形成所述若干金属纳米颗粒，优选地，所述金属膜的材质为金，所述金属膜的厚度为1-10纳米，退火的温度为300-450摄氏度，退火时长为30-120分钟。
可选的，所述步骤S2包括：
在转移衬底上沉积金属膜，并在惰性气体环境下退火以获得若干金属纳米颗粒；
在所述转移衬底形成有金属纳米颗粒的表面旋涂牺牲层后，于碱性溶液中分离所述转移衬底；
将位于牺牲层上的金属纳米颗粒加热固定在所述金属底电极上后，去除所述牺牲层，获得形成在所述金属底电极上的金属纳米颗粒；优选地，
所述金属膜的材质为金，所述金属膜的厚度为1-10纳米，退火的温度为 400-600摄氏度，退火时长为30-300分钟；将所述金属纳米颗粒加热固定的温度为120-180摄氏度，加热时间为1-30分钟。
可选的，所述步骤S3包括：
在所述金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面沉积金属氧化物以形成功能层，优选地，所述功能层的材质为氧化铪、或氧化钽、或氧化钨。
与现有技术相比，本发明在金属电极表面制备不同尺寸金属纳米颗粒有助于降低忆阻器导电丝形成的随机性，提高了忆阻器的一致性；导电细丝的个数和外加电压有关，可以增加忆阻器的电阻状态数；基于导电丝的忆阻器具有很好的非易失性。从而实现高一致性非易失多值忆阻器。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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非易失多值忆阻器整体结构示意图；
图2是本申请一实施方式中非易失多值忆阻器工作原理示意图；
图3是本申请一实施方式中非易失多值忆阻器制备方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
参照图1所示，本发明一种非易失多值忆阻器，包括：衬底1、金属底电极2、金属纳米颗粒3、功能层4、金属顶电极5。
金属底电极2、功能层4、金属顶电极5依次形成于衬底1上。金属纳米颗粒3形成于金属底电极2临近功能层4的一侧表面。优选的，金属纳米颗粒3的材质为金。
衬底1可以选用表面形成有氧化硅层的硅片或CMOS芯片。
金属底电极2包括与衬底1联接的粘附层以及位于远离衬底1一侧的电极层。金属底电极电极层的熔点高于金属底电极粘附层的熔点。在具体应用中，由于钛金属与衬底材料的结合能力较强，可以选用钛金属作为金属底电极粘附层的材料。在制备金属纳米颗粒3进行退火的工艺中，需要在300-450 摄氏度的环境下进行，因此需要选择熔点较高的金属作为电极层。钨金属的熔点高达3390-3430摄氏度。选用钨金属作为金属底电极电极层的材料能够很好的避免退火过程被融化。优选的，还可以在钨金属表面形成氧化层给电极层提供进一步保护。金属底电极粘附层厚度可以为2-5nm，金属底电极电极层的厚度30-100nm。
功能层4的材质为金属氧化物。优选的，金属氧化物可以为氧化铪、或氧化钽、或氧化钨。功能层厚度可以为10-50nm。
金属顶电极5包括与功能层4联接的粘附层以及远离功能层4一侧的电极层。金属顶电极5的粘附层的熔点低于金属顶电极5电极层熔点，优选地，金属顶电极5粘附层材料为钛氮，金属顶电极5电极层的材料为钨、或铝、或金。之所以选择钛氮作为粘附层，是由于钛氮相对于钛金属具有更好的稳定性，将钛氮作为金属顶电极5的粘附层与功能层4结合能够避免其对功能层4性能的影响。金属顶电极厚度可以为50-200nm。金属底电极2和金属顶电极5在衬底1上的垂直投影彼此垂直。在一个实施例中，非易失多值忆阻器包括多个阵列排布的金属底电极2与金属顶电极5。
参照图2所示，在金属底电极2和金属顶电极3施加正向电压，尺寸较大的金属纳米颗粒3的上表面与金属顶电极5的距离较近，电场较大，导电丝6先形成，忆阻器阻值降低；随着电压的进一步增大，导电丝7会形成，忆阻器的阻值进一步降低；随着电压的进一步加大，尺寸较小的金属纳米颗粒3和顶金属顶电极5之间会形成新的导电丝，由于金属纳米颗粒3尺寸不同，导电丝的数量随着电压的增加会不断增多，忆阻器的阻值会不断降低；在金属底电极2和金属顶电极3施加反向电压时，当电压增大时，导电丝会先后断裂，忆阻器的阻值不断增大，从而实现了多值忆阻器。由于导电丝形成的位置由金属纳米颗粒3的位置决定，成丝不具有随机性，因此忆阻器的一致性得到很大的提高。
本发明在金属电极表面制备不同尺寸金属纳米颗粒有助于降低忆阻器导电丝形成的随机性，提高了忆阻器的一致性；导电细丝的个数和外加电压有关，可以增加忆阻器的电阻状态数；基于导电丝的忆阻器具有很好的非易失性。从而实现高一致性非易失多值忆阻器。
参照图3所示，本发明还一种非易失多值忆阻器的制备方法，包括如下步骤：
S1、提供一衬底，并在衬底上制备金属底电极。
应理解，制备金属底电极的工艺流程可以包括如下步骤：
透过掩膜版对衬底上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属底电极的图形化区域；
在形成有金属底电极图形化区域的衬底上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在衬底上的金属底电极。其中，所沉积的金属层包括与衬底接触的粘附层以及沉积于粘附层之上的电极层。优选的，粘附层可选用钛金属，电极层可选用钨金属。
S2、在金属底电极远离衬底的一侧表面形成若干金属纳米颗粒，该若干金属纳米颗粒至少包含两种不同的尺寸。
具体的，制备若干金属纳米颗粒可在金属底电极表面电子束蒸发形成金属膜，并在惰性气体环境下退火以形成若干金属纳米颗粒。在具体应用中，通常选择较为稳定的金属蒸发形成金属膜。优选地，金属膜的材质为金。一实施例中，惰性气体可以是氮气。金属膜的厚度可以为1-10纳米，退火的温度可以为 300-450摄氏度，退火时长可以为30-120分钟。在此条件下，金属膜会变成不同尺寸的金属纳米颗粒，同时金属纳米颗粒下表面会镶嵌到金属底电极表面。
在一个实施例中，金纳米颗粒还可以通过转移的方式转移到金属底电极上。
具体方式包括：
步骤1：在转移衬底上沉积金属膜，并在惰性气体环境下退火以获得若干金属纳米颗粒。
其中，转移衬底可以是石英片或者蓝宝石，金属膜的厚度可以为1-10纳米。优选的，金属膜的材质为金。惰性气体可以是氮气。退火的温度可以为400-600 摄氏度，退火时长可以为30-300分钟。应理解，由于不是在金属底电极上直接制备，因此可以使用相对较高的退火温度和更久的退火时长而不会影响金属底电极。
步骤2：在转移衬底形成有金属纳米颗粒的表面旋涂牺牲层后，于碱性溶液中分离转移衬底。
应理解，牺牲层可以将金属纳米颗粒粘附在一起，在碱性溶液中能够一同与转移衬底分离。一实施例中，可以在金属纳米颗粒的表面旋涂PMMA材料，并在120-180摄氏度的热板上加热1-30min，以使得PMMA材料更好的粘附于金属纳米颗粒表面。碱性溶液可以是氢氧化钠溶液，其浓度可以为0.2-2mol/L。分离转移衬底后，清洗金属纳米颗粒以避免其表面残留的碱性溶液对后续工艺造成影响。
步骤3：将位于牺牲层上的金属纳米颗粒加热固定在所述金属底电极上后，去除所述牺牲层，获得形成在所述金属底电极上的金属纳米颗粒。
具体的，加热的温度可以为120-180摄氏度，时长为1-30分钟。去除牺牲层的方式可以是使用丙酮浸泡60-300min，以使得PMMA材料溶解。从而获得形成在所述金属底电极上的金属纳米颗粒。
S3、在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面制备功能层。
在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面沉积金属氧化物以形成功能层。优选的，功能层的材质可以为氧化铪、或氧化钽、或氧化钨。
S4、在功能层远离衬底的一侧表面制备金属顶电极。
应理解，制备金属顶电极的工艺流程可以包括如下步骤：
透过掩膜版对功能层上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属顶电极的图形化区域；
在形成有金属顶电极图形化区域的功能层上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在功能层上的金属顶电极。其中，所沉积的金属层包括与功能层接触的粘附层以及沉积于粘附层之上的电极层。优选的，粘附层可选用钛氮，电极层的材料可以为钨或者铝或者金。
本发明在金属电极表面制备不同尺寸金属纳米颗粒有助于降低忆阻器导电丝形成的随机性，提高了忆阻器的一致性；导电细丝的个数和外加电压有关，可以增加忆阻器的电阻状态数；基于导电丝的忆阻器具有很好的非易失性。从而实现高一致性非易失多值忆阻器。
实施例1
本实施例提供的一种非易失多值忆阻器的制备方法如下：
S1、提供一衬底，并在衬底上制备金属底电极。其中，制备金属底电极的工艺流程如下：
透过掩膜版对衬底上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属底电极的图形化区域；
在形成有金属底电极图形化区域的衬底上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在衬底上的金属底电极。其中，所沉积的金属层包括与衬底接触的粘附层以及沉积于粘附层之上的电极层。在本实施例中，粘附层为钛金属，厚度为2nm；电极层为钨金属，厚度为30nm。
S2、在金属底电极远离衬底的一侧表面形成若干金属纳米颗粒，该若干金属纳米颗粒至少包含两种不同的尺寸。
具体的，制备若干金属纳米颗粒可在金属底电极表面电子束蒸发形成金属膜，并在惰性气体环境下退火以形成若干金属纳米颗粒。在本实施例中，金属膜的材质为金。惰性气体为氮气。金膜的厚度为1纳米，退火的温度为300摄氏度，退火时长为120分钟。在此条件下，金膜会变成不同尺寸的金纳米颗粒，同时金纳米颗粒下表面会镶嵌到金属底电极表面。
S3、在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面制备功能层。
在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面沉积金属氧化物以形成功能层。本实施例中，功能层的材质为氧化铪，厚度为10nm。
S4、在功能层远离衬底的一侧表面制备金属顶电极。其中，制备金属顶电极的工艺流程如下：
透过掩膜版对功能层上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属顶电极的图形化区域；
在形成有金属顶电极图形化区域的功能层上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在功能层上的金属顶电极。其中，所沉积的金属层包括与功能层接触的粘附层以及沉积于粘附层之上的电极层。在本实施例中，粘附层为钛氮，电极层为钨金属。金属顶电极厚度50nm。
实施例2
本实施例提供的一种非易失多值忆阻器的制备方法如下：
S1、提供一衬底，并在衬底上制备金属底电极。其中，制备金属底电极的工艺流程如下：
透过掩膜版对衬底上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属底电极的图形化区域；
在形成有金属底电极图形化区域的衬底上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在衬底上的金属底电极。其中，所沉积的金属层包括与衬底接触的粘附层以及沉积于粘附层之上的电极层。在本实施例中，粘附层为钛金属，厚度为2.5nm；电极层为钨金属，厚度为65nm。
S2、在金属底电极远离衬底的一侧表面形成若干金属纳米颗粒，该若干金属纳米颗粒至少包含两种不同的尺寸。
具体的，制备若干金属纳米颗粒可在金属底电极表面电子束蒸发形成金属膜，并在惰性气体环境下退火以形成若干金属纳米颗粒。在本实施例中，金属膜的材质为金。惰性气体为氮气。金膜的厚度为5纳米，退火的温度为375摄氏度，退火时长为75分钟。在此条件下，金膜会变成不同尺寸的金纳米颗粒，同时金纳米颗粒下表面会镶嵌到金属底电极表面。
S3、在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面制备功能层。
在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面沉积金属氧化物以形成功能层。本实施例中，功能层的材质为氧化钽，厚度为30nm。
S4、在功能层远离衬底的一侧表面制备金属顶电极。其中，制备金属顶电极的工艺流程如下：
透过掩膜版对功能层上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属顶电极的图形化区域；
在形成有金属顶电极图形化区域的功能层上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在功能层上的金属顶电极。其中，所沉积的金属层包括与功能层接触的粘附层以及沉积于粘附层之上的电极层。在本实施例中，粘附层为钛氮，电极层为铝金属。金属顶电极厚度125nm。
实施例3
本实施例提供的一种非易失多值忆阻器的制备方法如下：
S1、提供一衬底，并在衬底上制备金属底电极。其中，制备金属底电极的工艺流程如下：
透过掩膜版对衬底上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属底电极的图形化区域；
在形成有金属底电极图形化区域的衬底上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在衬底上的金属底电极。其中，所沉积的金属层包括与衬底接触的粘附层以及沉积于粘附层之上的电极层。在本实施例中，粘附层为钛金属，厚度为5nm；电极层为钨金属，厚度为100nm。
S2、在金属底电极远离衬底的一侧表面形成若干金属纳米颗粒，该若干金属纳米颗粒至少包含两种不同的尺寸。
具体的，制备若干金属纳米颗粒可在金属底电极表面电子束蒸发形成金属膜，并在惰性气体环境下退火以形成若干金属纳米颗粒。在本实施例中，金属膜的材质为金。惰性气体为氮气。金膜的厚度为10纳米，退火的温度为450摄氏度，退火时长为30分钟。在此条件下，金膜会变成不同尺寸的金纳米颗粒，同时金纳米颗粒下表面会镶嵌到金属底电极表面。
S3、在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面制备功能层。
在金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面沉积金属氧化物以形成功能层。本实施例中，功能层的材质为氧化钨，厚度为50nm。
S4、在功能层远离衬底的一侧表面制备金属顶电极。其中，制备金属顶电极的工艺流程如下：
透过掩膜版对功能层上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属顶电极的图形化区域；
在形成有金属顶电极图形化区域的功能层上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在功能层上的金属顶电极。其中，所沉积的金属层包括与功能层接触的粘附层以及沉积于粘附层之上的电极层。在本实施例中，粘附层为钛氮，电极层的材质为金。金属顶电极厚度200nm。
实施例4
本实施例的不同之处在于步骤S2中采用转移的方式形成金属纳米颗粒，具体步骤如下：
步骤1：在转移衬底上沉积金属膜，并在惰性气体环境下退火以获得若干金属纳米颗粒。
在本实施例中，转移衬底为石英片，金属膜的厚度为1纳米。金属膜的材质为金。惰性气体是氮气。退火的温度为400摄氏度，退火时长为300分钟。
步骤2：在转移衬底形成有金属纳米颗粒的表面旋涂牺牲层后，于碱性溶液中分离转移衬底。
本实施例中，在金属纳米颗粒的表面旋涂PMMA材料，并在120摄氏度的热板上加热30min，以使得PMMA材料更好的粘附于金属纳米颗粒表面。碱性溶液为氢氧化钠溶液，其浓度为0.2mol/L。分离转移衬底后，清洗金属纳米颗粒以避免其表面残留的碱性溶液对后续工艺造成影响。
步骤3：将位于牺牲层上的金属纳米颗粒加热固定在金属底电极上后，去除牺牲层，获得形成在金属底电极上的金属纳米颗粒。
具体的，加热的温度为120摄氏度，时长为30分钟。使用丙酮浸泡金属纳米颗粒60min，以使得PMMA材料溶解。从而获得形成在金属底电极上的金属纳米颗粒。
实施例5
本实施例步骤S2中采用转移的方式形成金属纳米颗粒的具体步骤如下：
步骤1：在转移衬底上沉积金属膜，并在惰性气体环境下退火以获得若干金属纳米颗粒。
本实施例中，转移衬底为蓝宝石，金属膜的厚度为5纳米。金属膜的材质为金。惰性气体是氮气。退火的温度为500摄氏度，退火时长为165分钟。
步骤2：在转移衬底形成有金属纳米颗粒的表面旋涂牺牲层后，于碱性溶液中分离转移衬底。
本实施例中，在金属纳米颗粒的表面旋涂PMMA材料，并在150摄氏度的热板上加热15min，以使得PMMA材料更好的粘附于金属纳米颗粒表面。碱性溶液为氢氧化钠溶液，其浓度为1.1mol/L。分离转移衬底后，清洗金属纳米颗粒以避免其表面残留的碱性溶液对后续工艺造成影响。
步骤3：将位于牺牲层上的金属纳米颗粒加热固定在金属底电极上后，去除牺牲层，获得形成在金属底电极上的金属纳米颗粒。
具体的，加热的温度为150摄氏度，时长为15分钟。使用丙酮浸泡金属纳米颗粒180min，以使得PMMA材料溶解。从而获得形成在金属底电极上的金属纳米颗粒。
实施例6
本实施例步骤S2中采用转移的方式形成金属纳米颗粒的具体步骤如下：
步骤1：在转移衬底上沉积金属膜，并在惰性气体环境下退火以获得若干金属纳米颗粒。
本实施例中，转移衬底为石英片，金属膜的厚度为10纳米。金属膜的材质为金。惰性气体是氮气。退火的温度为600摄氏度，退火时长为30分钟。
步骤2：在转移衬底形成有金属纳米颗粒的表面旋涂牺牲层后，于碱性溶液中分离转移衬底。
本实施例中，在金属纳米颗粒的表面旋涂PMMA材料，并在180摄氏度的热板上加热1min，以使得PMMA材料更好的粘附于金属纳米颗粒表面。碱性溶液为氢氧化钠溶液，其浓度为2mol/L。分离转移衬底后，清洗金属纳米颗粒以避免其表面残留的碱性溶液对后续工艺造成影响。
步骤3：将位于牺牲层上的金属纳米颗粒加热固定在金属底电极上后，去除牺牲层，获得形成在金属底电极上的金属纳米颗粒。
具体的，加热的温度为180摄氏度，时长为1分钟。使用丙酮浸泡金属纳米颗粒300min，以使得PMMA材料溶解。从而获得形成在金属底电极上的金属纳米颗粒。
本发明在金属电极表面制备不同尺寸金属纳米颗粒有助于降低忆阻器导电丝形成的随机性，提高了忆阻器的一致性；导电细丝的个数和外加电压有关，可以增加忆阻器的电阻状态数；基于导电丝的忆阻器具有很好的非易失性。从而实现高一致性非易失多值忆阻器。
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。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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。
Claims (10)
1.一种非易失多值忆阻器，其特征在于，包括：衬底、以及依次形成于所述衬底上的金属底电极、功能层和金属顶电极，其中，所述金属底电极临近所述功能层的一侧表面还设置有若干金属纳米颗粒，所述若干金属纳米颗粒具有至少两种不同的尺寸。
2.根据权利要求1所述的非易失多值忆阻器，其特征在于，所述金属纳米颗粒的材质为金；和/或，
所述衬底选用表面形成有氧化硅层的硅片或CMOS芯片；和/或，
所述金属底电极包括与所述衬底联接的粘附层以及位于远离所述衬底一侧的电极层；和/或，
所述金属顶电极包括与所述功能层联接的粘附层以及远离所述功能层一侧的电极层；和/或，
所述功能层的材质为金属氧化物。
3.根据权利要求2所述的非易失多值忆阻器，其特征在于，所述金属底电极电极层的熔点高于所述金属底电极粘附层的熔点，优选地，所述金属底电极粘附层材料为钛金属，所述金属底电极电极层的材料为钨金属；和/或，
所述金属顶电极的粘附层的熔点低于所述金属顶电极电极层熔点，优选地，所述金属顶电极粘附层材料为钛氮，所述金属顶电极电极层的材料为钨、或铝、或金；和/或，
所述功能层的材质为氧化铪、或氧化钽、或氧化钨。
4.根据权利要求2所述的非易失多值忆阻器，其特征在于，所述金属底电极粘附层厚度2-5nm，所述金属底电极电极层的厚度30-100nm，所述功能层厚度10-50nm；和/或，所述金属顶电极厚度50-200nm。
5.根据权利要求1所述的非易失多值忆阻器，其特征在于，所述金属底电极和金属顶电极在所述衬底上的垂直投影彼此垂直；优选地，
所述非易失多值忆阻器包括多个阵列排布的金属底电极与金属顶电极。
6.一种非易失多值忆阻器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1、提供一衬底，并在所述衬底上制备金属底电极；
S2、在所述金属底电极远离所述衬底的一侧表面形成若干金属纳米颗粒，所述若干金属纳米颗粒至少包含两种不同的尺寸；
S3、在所述金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面制备功能层；
S4、在所述功能层远离所述衬底的一侧表面制备金属顶电极。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
透过掩膜版对所述衬底上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属底电极的图形化区域；
在所述形成有金属底电极图形化区域的衬底上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在所述衬底上的金属底电极；和/或，
所述步骤S4包括：
透过掩膜版对所述功能层上的光刻胶进行图形化处理，以形成金属顶电极的图形化区域；
在所述形成有金属顶电极图形化区域的功能层上沉积金属层，并剥离剩余的光刻胶，获得形成在所述功能层上的金属顶电极。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
在金属底电极表面电子束蒸发形成金属膜，并在惰性气体环境下退火以形成所述若干金属纳米颗粒，优选地，所述金属膜的材质为金，所述金属膜的厚度为1-10纳米，退火的温度为300-450摄氏度，退火时长为30-120分钟。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
在转移衬底上沉积金属膜，并在惰性气体环境下退火以获得若干金属纳米颗粒；
在所述转移衬底形成有金属纳米颗粒的表面旋涂牺牲层后，于碱性溶液中分离所述转移衬底；
将位于牺牲层上的金属纳米颗粒加热固定在所述金属底电极上后，去除所述牺牲层，获得形成在所述金属底电极上的金属纳米颗粒；优选地，
所述金属膜的材质为金，所述金属膜的厚度为1-10纳米，退火的温度为400-600摄氏度，退火时长为30-300分钟；将所述金属纳米颗粒加热固定的温度为120-180摄氏度，加热时间为1-30分钟。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
在所述金属底电极形成有金属纳米颗粒的一侧表面沉积金属氧化物以形成功能层，优选地，所述功能层的材质为氧化铪、或氧化钽、或氧化钨。
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