CN112599664A - 一种模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器及其制备方法，属于柔性电子学半导体微电子器件与人工智能的交叉领域，利用分子层/原子层沉积技术低温来制备具有良好模拟神经突触仿生功能的超低能耗柔性双层纳米薄膜忆阻器，所采用的分子层沉积和原子层沉积技术能够与微电子工艺兼容、适合大规模集成。本发明的忆阻器包括从下往上依次为衬底、底电极、忆阻功能层、顶电极；所述忆阻功能层由下层无机‑有机杂化薄膜和上层金属氧化物薄膜的双层纳米堆栈结构薄膜材料构成；所述的底电极为导电的高分子薄膜材料；本发明制备的柔性忆阻器具有良好神经突触仿生功能、超低能耗和优异弯折性。
Description
技术领域
本发明属于柔性半导体微电子器件与人工智能的交叉领域，尤其涉及一种模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器及其制备方法。
背景技术
忆阻器由于其具有存算融合、高的并行度、高能效与高密度集成等优点，是模拟大脑神经网络，突破传统计算机冯诺依曼架构，发展“类脑”计算机的重要候选器件。而且随着物联网的迅猛发展，衍生出的人工智能、云计算、可穿戴器件等正快速地改变着人类生活的方方面面，与此相关的柔性电子技术发展也方兴未艾。在柔性衬底上制备电子电路满足人们对相关设备或装置轻量化、柔韧性、可靠性、生物相容性的要求也越来越重要。因此发展用于柔性神经形态器件的忆阻器，成为当前“类脑计算”研究中一个至关重要且紧迫的任务。
阻变忆阻器具有结构简单、集成密度高、操作速度快等优点，作为绝佳的仿生电子突触，可用于类脑神经网络计算。目前研究较多的阻变忆阻器，大多遵循导电细丝型的电阻转变机制，往往具有较大的操作电流，从而导致较大的能耗(>10pJ)。为了模拟人脑强大的功能，突触类忆阻器件的高密度和低能耗是极其重要的关键指标。通常人脑中约有1011个神经元以及1015个神经突触，每个神经元与1000－10000个突触相连，人脑皮层生物突触的密度大约是109/mm3，突触间隙的物理尺度约为20nm。由于忆阻器简单的MIM结构，可采用三维集成的多层十字交叉架构，亚10nm尺度的十字交叉忆阻器阵列以及达4层的三维集成已经被实验证实，因此目前在突触类忆阻器所有性能指标中，能耗无疑是最具挑战性的指标，也是未来发展高效类脑计算系统所需要跨越的最大障碍。人脑的功耗仅为20W左右，神经元放电频率约为10Hz，通常人脑只有约1％的神经元和突触处在活跃状态，假设人脑一半功耗用于突触工作，每次突触作用时长约为100ms，估算可知，每个生物突触每次操作的能耗仅为1-10fJ。若想降低单元能耗，最重要的是降低忆阻器操作电流；否则大能耗的忆阻器将不可能用于大规模类脑计算，高的能耗和由此产生的器件散热问题，将不可避免限制后续忆阻器件的大规模集成。因此，开发适用于超低能耗柔性忆阻器件的新材料体系和架构以及制备工艺，显得尤为重要。
发明内容
本发明提出了一种模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器及其制备方法，利用分子层/原子层沉积(Molecular/Atomic Layer Deposition,MLD/ALD)技术，低温制备出具有类神经突触仿生功能的超低能耗(～fJ量级)柔性薄膜忆阻器。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，包括从下往上依次为柔性衬底、底电极、忆阻功能层、顶电极；所述忆阻功能层为双层纳米堆栈结构薄膜材料，其中，下层为无机-有机杂化薄膜，上层为金属氧化物薄膜；所述的底电极为导电的高分子薄膜材料。
以上所述忆阻功能层下层无机-有机杂化薄膜的厚度为4nm～80nm，所述忆阻功能层上层金属氧化物薄膜的厚度为2nm～10nm；所述无机-有机杂化薄膜为金属基二元苯酚、二元羧酸与二元醇类杂化薄膜，所述二元苯酚包括邻位二羟基苯酚、间位二羟基苯酚和对位二羟基苯酚，所述二元羧酸包括二元饱和羧酸CnH2n-2O4和二元不饱和羧酸CnH2n-4O4，所述二元饱和羧酸中4≤n≤10，所述二元不饱和羧酸中n＝4或5，所述二元醇为二元饱和醇CnH2n+2O2，所述二元饱和醇2≤n≤10；所述金属基为Al、Ti、Zn、Hf、Zr、Ni或Co；所述金属氧化物薄膜为Al2O3、ZnO、TiO2、HfO2或ZrO2；所述底电极为导电高分子PEDOT:PSS、PANI、PPy、聚乙炔或聚苯乙炔；所述顶电极为Pt、Au、Ru、ITO、W、Pt/Ti、Cu/Ti、Cu/Au、或Cu/Al合金；所述衬底为柔性PET、PEN、PI、纤维素纸(玻璃纸)、铜箔、铝箔、云母片、棉纱或丝绸衬底。
一种模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)在柔性衬底上利用滴涂或者旋涂或者喷涂制备导电高分子薄膜作为底电极；
(2)在步骤(1)制备的底电极层上采用分子层沉积技术在低于200℃低温下生长无机-有机杂化薄膜，作为忆阻功能层下层薄膜；
(3)再利用原子层沉积技术在低于200℃低温下在忆阻功能层下层薄膜上制备金属氧化物薄膜作为忆阻功能层上层薄膜，获得无机-有机/无机双层堆栈结构的忆阻功能层；
(4)利用磁控溅射、蒸发沉积工艺在步骤(3)得到的忆阻功能层上制备顶电极，获得完整的忆阻器结构。
有益效果：本发明提供了一种模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器及其制备方法，利用分子层/原子层沉积技术来制备双层纳米薄膜忆阻功能层，利用导电高分子薄膜作为底电极，得到具有良好神经突触仿生功能、超低能耗和优异弯折性的柔性忆阻器。本发明超低能耗柔性薄膜忆阻器已经实现类神经突触的几种重要功能，如长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)、短时程可塑性向长时程可塑性的转变、双脉冲易化(PPF)及尖峰时间依赖可塑性(STDP)功能，可以成功模拟神经突触的学习和记忆功能。同时，采用导电聚合物作为底电极，忆阻器不再遵循传统的导电细丝型的电阻转变机制，使得本发明忆阻器最低能耗仅为6fJ，与人脑神经元突触单次操作能耗相当(1～10fJ)；而且本发明忆阻器在弯折曲率半径达到0.7mm时仍可以工作，具有优异的弯折特性。本发明通过与半导体工艺兼容的ALD/MLD工艺，在较低温度下(<200℃)制备了超低能耗柔性双层纳米薄膜忆阻器，并成功模拟了几种重要且关键的类神经突触功能，为无机－有机杂化材料应用于大规模低能耗柔性人工神经网络奠定了扎实基础。
附图说明
图1(a)为本发明超低能耗柔性薄膜忆阻器结构示意图，图1(b)为本发明超低能耗柔性薄膜忆阻器弯折实物照片；
图2为本发明实施例中忆阻器在直流扫描电压下的电压-电流特性测试图，其中，数字与箭头方向对应电压扫描方向；
图3(a)为本发明实施例中忆阻器在不同正反向电压扫描下具有多个电阻态，图3(b)为本发明实施例中忆阻器的数据保持时间曲线；
图4为本发明实施例中忆阻器响应电流随不同脉冲电压幅值、脉冲宽度与脉冲数目的变化示意图；
图5(a)为本发明实施例中忆阻器短时程可塑性(short-term plasticity,STP)向长时程可塑性(long-term plasticity,LTP)转变的示意图，图5(b)为本发明实施例中忆阻器STP向LTP转变的弛豫时间常数变化图；
图6为本发明实施例中忆阻器的成对脉冲易化(paired-pulse facilitation,PPF)指数图；
图7(a)为本发明实施例中忆阻器模拟类突触功能尖峰时间依赖可塑性(spike-time-dependent-plasticity,STDP)施加的脉冲设计图，图7(b)为本发明实施例中忆阻器实现模拟STDP图；
图8为本发明实施例中忆阻器Set/Reset过程操作电压与响应电流随时间变化图；
图9(a)-(d)为本发明实施例中忆阻器在不同曲率半径弯折条件下IV结果图，其中(a)曲率半径为7.7mm，(b)曲率半径为3.2mm，(c)曲率半径为2.5mm，(d)曲率半径为0.7mm；
图10为本发明实施例中忆阻器在不同曲率半径弯折条件下高阻态与低阻态阻值与高低阻值比；
图11为本发明实施例中忆阻器杂化薄膜功能层XPS与FTIR图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1
本实施例为无机-有机/无机杂化双层纳米薄膜忆阻器－Pt/Al2O3/Al基对苯二酚/PEDOT:PSS/Al2O3/纤维素纸忆阻器的制备流程。采用原子层沉积技术在纤维素纸上先沉积氧化铝，改善黏附性，旋涂导电高分子PEDOT:PSS作为底电极；采用对苯二酚(C6H6O2,HQ)作为有机前驱体，三甲基铝(Al(CH3)3,TMA)作为无机前驱体，分子层沉积(MLD)来制备铝基对苯二酚无机-有机杂化纳米薄膜；采用三甲基铝和去离子水(H2O)作为前驱体，原子层沉积(ALD)制备氧化铝(Al2O3)薄膜；步骤如下：
(1)将商业购买的纤维素纸在乙醇、去离子水中分别超声清洗5分钟，在150℃下，采用三甲基铝和去离子水(H2O)作为前驱体，原子层沉积(ALD)制备100循环氧化铝(Al2O3)薄膜作为黏附层，使得纤维素纸表面亲水，其中氧化铝(Al2O3)厚度为10nm；
(2)在改性后的纤维素纸上旋涂PEDOT:PSS薄膜作为底电极，工艺条件为：先转速500rpm运行10s，再转速2000rpm运行30s，得到PEDOT:PSS薄膜作为底电极，PEDOT:PSS薄膜厚度为24μm；
(3)在底电极上利用MLD和ALD方法依次沉积铝基对苯二酚和氧化铝来制备忆阻功能层薄膜，工艺条件为：生长温度为200℃，对苯二酚(C6H6O2,HQ)，三甲基铝(Al(CH3)3,TMA)和去离子水(H2O)分别作为有机前驱体源、Al和O源,对苯二酚的源温为150℃，三甲基铝和去离子水的源温皆为室温，MLD生长铝基对苯二酚时前驱体源的循环序列为：对苯二酚(脉冲8s/清洗4s)+三甲基铝(脉冲0.1s/清洗5s)；ALD生长氧化铝时前驱体源的循环序列为：三甲基铝(脉冲0.1s/清洗4s)+水(脉冲0.1s/清洗4s)，其中源的载气和清洗气体均为高纯氮气(纯度99.999％)，流量为150sccm，通过控制生长循环数，可以调控沉积薄膜厚度，以上所述铝基对苯二酚薄膜为21nm，氧化铝薄膜为2nm；
(4)利用直流磁控溅射来溅射金属铂(Pt)作为顶电极，通过使用掩膜板来溅射直径150μm的圆形电极，溅射电流30mA，溅射时间500s，溅射厚度为80nm，在实际的操作过程中，可以使用金(Au)或钌(Ru)等导电金属材料，以直流溅射、蒸发沉积工艺制备忆阻器顶电极，得到的器件结构图和实物弯折照片如图1(a)和图1(b)所示。
使用Keithly4200半导体参数分析仪与4225-RPM脉冲模块来对实施例忆阻器进行测试。其中所有的扫描电压和脉冲电压信号均加载在铂顶电极上，保持PEDOT:PSS底电极接地，对该忆阻器件连续施加0V→+4V→0V→-4V→0V的扫描电压，经过100循环电压-电流测试得到图2所示I-V曲线图。通过改变最大SET操作电压由+0.5V逐渐增加为+1V,+2V,+3V和+4V，相应的RESET操作电压由-0.5V逐渐增加为-1V,-2V,-3V和-4V，可以得到十个不同的电阻态，结果如图3(a)所示。器件经过+4V SET操作后转变为低电阻态(Low ResistanceState，LRS)，经过-4V RESET操作后转变为高电阻态(High Resistance State，HRS)，LRS与HRS均可以保持超过20000s，且此时高低电阻比大于1000，结果如图3(b)所示，说明该器件具有良好的数据保持能力。
利用4225-RPM模块来对实施例忆阻器件进行突触功能的模拟，首先探究脉冲数目，脉冲宽度与脉冲电压幅值对忆阻器性能的影响，施加20个脉冲幅值为+5V，脉冲宽度分别为1ms，2ms与5ms的脉冲来刺激实施例忆阻器件，以模拟长时程增强功能；同理，施加20个脉冲幅值为-5V，脉冲宽度分别为2μs，5μs与10μs的脉冲来刺激实施例忆阻器件，以模拟长时程抑制功能，测试结果如图4(a)与图4(b)所示，随着脉冲数目增加，响应电流增加或减少的幅度增大，而且脉冲宽度越大，响应电流变化越明显，接着通过改变脉冲电压幅值，施加20个脉冲宽度为1ms，脉冲电压幅值分别为+5V，+6V与+7V的脉冲来刺激实施例忆阻器件，以模拟长时程增强功能；同理，施加20个脉冲宽度为10μs，脉冲电压幅值分别为-5V，-5.5V与-6V的脉冲来刺激实施例忆阻器件，以模拟长时程抑制功能，测试结果如图4(c)与图4(d)所示，随着脉冲数目增加，响应电流增加或减少的幅度增大，而且脉冲电压幅值越大，响应电流变化越明显。
利用4225-RPM模块来模拟短时程可塑性(short-term plasticity,STP)向长时程可塑性(long-term plasticity,LTP)转变和双脉冲易化(paired-pulse facilitation,PPF)。施加脉冲电压后，忆阻器会产生响应电流，当撤去电压后响应电流会有一个弛豫过程，随时间增加而逐渐降低至原始状态。但是当施加的脉冲电压幅值足够大、数目足够多、时间间隔小等会造成响应电流在脉冲撤去后回复不到初始状态，这个过程就实现了短时程可塑性向长时程可塑性的转变，如图5(a)所示，而且短时程可塑性和长时程可塑性在弛豫过程中的弛豫时间常数也不同，如图5(b)所示，其中双脉冲易化就是一种短时程可塑性的体现。施加脉冲电压后会存在一个响应电流的峰值I0，当撤去脉冲电压后响应电流由于弛豫过程逐渐下降，在响应电流下降时再次施加相同脉冲电压，会再次出现新的响应电流峰值I1，PPF指数就定义为I1与I0的比值。如图6所示，随着两个脉冲时间间隔增大，PPF指数会沿指数方式逐渐降低。
为了模拟突触间两个神经元被刺激，两个刺激之间的相对时间间隔对突触连接强度的影响，即尖峰时间依赖可塑性(STDP)，采用如图7(a)所示的脉冲设计图(+6V 12ms的脉冲和-6V 12ms的脉冲组成的脉冲对)来对忆阻器件进行测试。其中上方脉冲设计施加于突触前刺激(顶电极)，下方脉冲设计施加于突触后刺激(底电极)，两个脉冲间隔设为Δt，通过改变不同的Δt值来影响突触权重的变化。设定突触前刺激早于突触后刺激时Δt为负值，反之为正值，而且实际操作过程中保持底电极接地，所有脉冲刺激施加于顶电极，则突触后刺激脉冲电压均取相反值；如图7(b)所示为突触权重变化量ΔW与两个脉冲对时间间隔Δt的依赖性，可以看出两个脉冲对间时间间隔Δt越小，得到的突触权重变化量|ΔW|越大，而且突触前刺激早于突触后刺激时突触权重会增加，反之突触权重降低，而且实验结果很好地与指数函数相拟合，这些结果与生物神经突触STDP规则一致。
为了计算SET和RESET过程的单次操作能耗，采用单个脉冲来完成SET和RESET过程，测量转变过程的脉冲电压U，响应电流I及响应时间t，根据电压与电流对于响应时间的积分，计算单次得出SET和RESET过程的单次操作能耗W。如图8(a)所示，对器件施加+8V的脉冲电压，经过4μs时间，器件完全由高阻态转变为低阻态，响应电流由10-9A量级上升至10-6A量级，计算得到单次SET过程的能耗为1.72pJ。如图8(b)所示，对器件施加-7V的脉冲电压，经过2.4μs时间，器件完全由低阻态转变为高阻态，响应电流下降至10-9A量级，计算得到单次RESET过程的能耗为6.02fJ。该fJ量级能耗已经与人脑神经元突触单次操作能耗相当(1～10fJ)，为制备电子器件的大规模集成提供了低能耗基础。
为了验证该柔性器件的弯折特性，对该低能耗柔性忆阻器件进行不同曲率半径的弯折测试。如图9(a)-(d)所示，分别是对该柔性器件进行曲率半径为7.7mm，3.2mm，2.5mm和0.7mm的弯折一万次后，在弯折曲率状态下测试的100循环IV曲线，可以看出经过最小曲率半径为0.7mm的弯折，该柔性忆阻器件仍可以保持良好的电阻转变特性，没有明显的电学性能退化。图10是在不同曲率半径弯折条件下器件在高阻态HRS，低阻态LRS和高低电阻比的测试结果，在0.7mm的曲率半径下，器件仍可以保持大于103的电阻开关比，证明该器件具有良好的抗弯折特性，在未来的柔性可穿戴电子器件中具有很高的应用价值。用X射线光电子能谱XPS来表征该忆阻器铝基对苯二酚杂化薄膜层的成分。如图11(a)-(c)所示，图11(a)中C1s图谱有三个明显的峰，分别位于284.6eV，286.2eV和289.2eV处，对应C1s中的C-C键，C-H键和O-C＝O键，说明杂化薄膜存在大量有机链段。图11(b)中杂化薄膜的O1s图谱拟合分出531.0eV和532.2eV两个峰，分别对应于O1s中的O-C和O-Al键。图11(c)中杂化薄膜中的Al2p峰只有一个74.8eV，对应Al-O键。用傅里叶红外光谱FTIR来表征铝基对苯二酚杂化薄膜层的有机官能团，如图11(d)所示。在3000-3700cm-1范围较宽的吸收峰对应O-H键伸缩振动，1508cm-1与740cm-1处吸收峰对应对苯二酚中苯环C＝C键伸缩振动，1240cm-1处吸收峰对应对苯二酚中C-O键伸缩振动，817-889cm-1范围处吸收峰对应对苯二酚中苯环平面外C-H键弯曲振动，610cm-1处吸收峰对应对苯二酚铝中Al-O键伸缩振动。
实施例2
本实施例为无机-有机/无机杂化双层纳米薄膜忆阻器－Au/Al2O3/Ti基间苯二酚/PANI/Al2O3/铝箔忆阻器的制备流程。采用原子层沉积技术在铝箔上先沉积氧化铝，改进铝箔黏附性，滴涂导电高分子PANI作为底电极。采用间苯二酚(C6H6O2,HQ)作为有机前驱体，四氯化钛(TiCl4)作为无机前驱体，分子层沉积(MLD)来制备钛基间苯二酚无机-有机杂化纳米薄膜；采用三甲基铝(Al(CH3)3,TMA)和去离子水(H2O)作为前驱体，原子层沉积(ALD)制备氧化铝(Al2O3)薄膜；步骤如下：
(1)将商业购买的铝箔在乙醇、去离子水中分别超声清洗5分钟，在150℃下，采用三甲基铝和去离子水(H2O)作为前驱体，原子层沉积(ALD)制备100循环氧化铝(Al2O3)薄膜作为黏附层，其中氧化铝(Al2O3)厚度为10nm；
(2)在改性后的铝箔上滴涂PANI薄膜作为底电极。工艺条件为：将PANI溶液滴涂到改性后的铝箔柔性衬底，放置一天后用乙醇冲洗多余PANI，在铝箔柔性衬底形成一层PANI薄膜作为底电极，厚度为200nm；
(3)在底电极上利用MLD和ALD方法依次沉积钛基间苯二酚和氧化铝来制备忆阻功能层薄膜。工艺条件为：生长温度为175℃，间苯二酚(C6H6O2)，四氯化钛(TiCl4)，三甲基铝(Al(CH3)3,TMA)和去离子水(H2O)分别作为有机前驱体源、Ti、Al和O源,间苯二酚的源温为145℃，四氯化钛、三甲基铝和去离子水源温皆为室温。MLD生长钛基间苯二酚时前驱体源的循环序列为：间苯二酚(脉冲10s/清洗6s)+四氯化钛(脉冲0.2s/清洗6s)；ALD生长氧化铝时前驱体源的循环序列为：三甲基铝(脉冲0.1s/清洗4s)+水(脉冲0.1s/清洗4s)。其中源的载气和清洗气体均为高纯氮气(纯度99.999％)，流量为150sccm。通过控制生长循环数，可以调控沉积薄膜厚度。以上所述钛基间苯二酚薄膜为24nm，氧化铝薄膜为4nm；
(4)利用直流磁控溅射来溅射金属金(Au)作为顶电极。通过使用掩膜板来溅射直径150μm的圆形电极。溅射电流30mA，溅射时间500s，溅射厚度为80nm。在实际的操作过程中，可以使用铂(Pt)或钌(Ru)等导电金属材料，以直流溅射、蒸发沉积工艺制备忆阻器顶电极。测试方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例为无机-有机/无机双层纳米薄膜忆阻器－Pt/Al2O3/Hf-乙二醇/PEDOT:PSS/云母片忆阻器的制备流程。在云母片上喷涂聚乙炔作为底电极。采用四(甲乙氨基)铪(Hf[N(CH3)(CH2CH3)]4,TEMAH)和乙二醇(C2H6O2,EG)作为前驱体，分子层沉积(MLD)制备氧化铪(Hf-EG)薄膜；采用三甲基铝(Al(CH3)3,TMA)和去离子水(H2O)作为前驱体，原子层沉积(ALD)制备氧化铝(Al2O3)薄膜；步骤如下：
(1)将商业购买的云母片在乙醇、去离子水中分别超声清洗5分钟，在云母片上喷涂聚乙炔薄膜作为底电极。聚乙炔薄膜厚度为160μm；
(2)在底电极上利用MLD和ALD方法依次沉积乙二醇铪和氧化铝来制备忆阻功能层薄膜。工艺条件为：生长温度为200℃，乙二醇(C2H6O2,EG)，四(甲乙氨基)铪(Hf[N(CH3)(CH2CH3)]4,TEMAH)，三甲基铝(Al(CH3)3,TMA)和去离子水(H2O)分别作为有机源、Hf、Al和O源,乙二醇源温65℃，四(甲乙氨基)铪的源温为150℃，三甲基铝和去离子水源温皆为室温。MLD生长乙二醇铪时前驱体源的循环序列为：四(甲乙氨基)铪(脉冲0.1s/清洗4s)+乙二醇(脉冲0.5s/清洗6s)；ALD生长氧化铝时前驱体源的循环序列为：三甲基铝(脉冲0.1s/清洗4s)+水(脉冲0.1s/清洗4s)。其中源的载气和清洗气体均为高纯氮气(纯度99.999％)，流量为150sccm。通过控制生长循环数，可以调控沉积薄膜厚度。以上所述乙二醇铪薄膜为15nm，氧化铝薄膜为5nm；
(4)利用直流磁控溅射来溅射金属铂(Pt)作为顶电极。通过使用掩膜板来溅射直径150μm的圆形电极。溅射电流30mA，溅射时间500s，溅射厚度为80nm。在实际的操作过程中，可以使用金(Au)或钌(Ru)等导电金属材料，以直流溅射、蒸发沉积工艺制备忆阻器顶电极。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，其特征在于，包括从下往上依次为柔性衬底、底电极、忆阻功能层、顶电极；所述忆阻功能层为双层纳米堆栈结构薄膜材料，所述忆阻功能层下层为无机-有机杂化薄膜，上层为金属氧化物薄膜；所述底电极为导电高分子薄膜材料。
2.根据权利要求1所述的模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，其特征在于，所述忆阻功能层下层无机-有机杂化薄膜的厚度为4nm～80nm，所述忆阻功能层上层金属氧化物薄膜的厚度为2nm～10nm。
3.根据权利要求1或2所述的模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，其特征在于，所述无机-有机杂化薄膜为金属基二元苯酚、二元羧酸或二元醇类杂化薄膜，所述金属氧化物薄膜为Al2O3、ZnO、TiO2、HfO2或ZrO2。
4.根据权利要求3所述的模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，其特征在于，所述二元苯酚为邻位二羟基苯酚、间位二羟基苯酚或对位二羟基苯酚，所述二元羧酸为二元饱和羧酸CnH2n-2O4或二元不饱和羧酸CnH2n-4O4，所述二元醇为二元饱和醇CnH2n+2O2。
5.根据权利要求4所述的模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，其特征在于，所述二元饱和羧酸中4≤n≤10，所述二元不饱和羧酸中n＝4或5，所述二元饱和醇中2≤n≤10。
6.根据权利要求3所述的模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，其特征在于，所述金属基为Al、Ti、Zn、Hf、Zr、Ni或Co。
7.根据权利要求1所述的模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，其特征在于，所述底电极为导电高分子PEDOT:PSS、PANI、PPy、聚乙炔或聚苯乙炔。
8.根据权利要求1所述的模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，其特征在于，所述顶电极为Pt、Au、Ru、ITO、W、Pt/Ti、Cu/Ti、Cu/Au、或Cu/Al合金。
9.根据权利要求1所述的模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器，其特征在于，所述柔性衬底为柔性PET、PEN、PI、纤维素纸、铜箔、铝箔、云母片、棉纱或丝绸衬底。
10.一种模拟神经突触的超低能耗柔性薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在柔性衬底上利用滴涂或者旋涂或者喷涂制备导电高分子薄膜作为底电极；
(2)在步骤(1)制备的底电极层上采用分子层沉积技术在低于200℃低温下生长无机-有机杂化薄膜，作为忆阻功能层下层薄膜；
(3)再利用原子层沉积技术在低于200℃低温下在忆阻功能层下层薄膜上制备金属氧化物薄膜作为忆阻功能层上层薄膜，获得无机-有机/无机双层堆栈结构的忆阻功能层；
(4)利用磁控溅射、蒸发沉积工艺在步骤(3)得到的忆阻功能层上制备顶电极，获得完整的忆阻器结构。
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