CN117769347A - 阈值转换器件、其制备方法及基于其的随机密码生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阈值转换器件、其制备方法及基于其的随机密码生成方法，属于微电子器件技术领域，阈值转换器件包括：底电极、硒化物层、氧化产物层和顶电极；底电极和顶电极用于接入施加信号；硒化物层用于防止金属原子大于预设数量地进入氧化产物层；且用于改善底电极和氧化产物层之间的界面接触，降低接触电阻；氧化产物层用于在接入正向施加信号后呈低阻态，在n次撤回施加信号或接入反向施加信号后呈高阻态；超过n次撤回施加信号或接入反向施加信号仍呈低阻态；本发明生成的随机密码安全性很高，且阈值开关器件功耗很低、有望实现高密度集成。
Description
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域，更具体地，涉及一种阈值转换器件、其制备方法及基于其的随机密码生成方法。
背景技术
随着人工智能和物联网等信息技术的快速发展，大量的隐私信息和加密数据需要在边缘器件中传输和存储，因此如何高效地处理这些数据便是一个亟待解决的问题。随机数发生器作为一种硬件固原的安全原语是一种有效且经济的解决方案。目前，该研究方向受到了众多科学家的广泛关注，利用SRAM(Static Random Access Memory)、STT-MARAM(Spin-transfer Torque Magnetic Random Access Memory)、RRAM(Resistive RandomAccess Memory)等器件来实现随机数的生成。这些器件往往需要配合复杂的处理电路将原始的随机噪声生成为随机信号，所以往往需要消耗大量的能量，且占用的面积也很大，因此不适合在便携式设备中使用。易失性的阈值转换器件本身就具有内在的随机性，且其功耗很低、密度很高，因此有很大潜力能够解决传统器件的短板，为解决大量信息的安全问题提供了新的思路。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种阈值转换器件、其制备方法及基于其的随机密码生成方法，旨在解决现有的随机数发生器需要配合复杂的处理电路将原始的随机噪声生成为随机信号，需要消耗大量的能量，且占用的面积很大，导致现有随机数发生器不适合在便携式设备中使用问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种阈值转换器件，自下而上包括：底电极、硒化物层、氧化产物层和顶电极；
底电极为活性电极，顶电极为惰性电极；底电极和顶电极用于接入施加信号；硒化物层用于防止金属原子大于预设数量地进入氧化产物层；且用于改善底电极和氧化产物层之间的界面接触，降低接触电阻；氧化产物层用于在接入正向施加信号后呈低阻态，在n次撤回施加信号或接入反向施加信号后呈高阻态；超过n次撤回施加信号或接入反向施加信号仍呈低阻态；其中，氧化产物层用于接入正向施加信号后，底电极中的金属导电丝通过定向迁移和氧化还原反应随正向施加信号在氧化产物层中生长，从而形成导电通道；其中，n的值与正向施加信号大小呈负相关，n的值需要多次接入正向施加信号后撤回，根据撤回施加信号后氧化产物层的高低阻态确定。
进一步优选地，顶电极为Cr-Au合金；底电极为Ag薄膜；金属导电丝为Ag导电丝。
进一步优选地，硒化物层和氧化产物层的厚度为10nm～100nm；顶电极的厚度为40nm～100nm；底电极的厚度为20nm～60nm。
第二方面，本发明提供了基于阈值转换器件的制备方法，包括以下步骤：
Step1：在硅片上涂光刻胶，将掩膜版固定在硅片指定位置上，依次通过曝光和显影后，获取底电极图案；
Step2：采用电子束蒸镀法制备金属薄膜，使用丙酮、乙醇和去离子水对没有底电极图案的区域进行金属薄膜剥离，完成底电极的制备；
Step3：采用机械剥离法获取硒化物层材料，通过定点转移，将硒化物层材料与底电极完全接触；
Step4：将与底电极完全接触的硒化物层材料在退火炉中氧化，获取氧化产物层；
Step5：在氧化产物层顶端采用套刻工艺制备顶电极图案；
Step6：在制备有顶电极图案的氧化产物层上方采用电子束蒸镀法制备金属合金，并使用丙酮、乙醇和去离子水对没有顶电极图案的区域进行金属合金剥离，完成顶电极的制备。
第三方面，本发明提供了一种基于阈值转换器件的随机密码生成方法，包括以下步骤：
a.初始化当前正在生成密码的位数a＝1，且设置生成密码的总位数b；
b.当前第n次对阈值转换器件接入正向施加信号再撤回正向施加信号后，判断阈值转换器件的阻态是高阻态还是低阻态，若恢复高阻态，则令n＝n+1，继续执行步骤b，直至撤回正向施加信号后无法恢复高阻态，获取n的值；其中，n的初始值为0；
c.判断当前n值是否在密码的取值区间，若在，则将位数a的密码设定为n，令n＝0，转至步骤d；否则，n＝0，转至步骤b；
d.令a＝a+1，判断a是否小于b，若是，则对阈值转换器件接入负向施加信号，转至步骤b，直至生成总位数为b的密码。
进一步优选地，通过降低正向施加电压和阈值转换器件的工作电流，生成取值区间更宽的密码。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供了一种基于阈值转换器件的制备方法；其中，采用机械剥离法获取硒化物层材料，通过定点转移，将硒化物层材料与底电极完全接触；通过原位氧化，将转移好的功能层材料进行部分氧化，从而完成功能层的制备；此方法一方面保留了一部分未氧化的硒化物层材料作为阻挡层，可以防止底电极中的Ag原子在操作时大量进入功能层导致器件损坏；另一方面，可以改善功能层和底电极之间的接触特性，改良基于阈值转换器件的性能。
本发明提供了一种阈值转换器件，传统的氧化钒阈值转换器件主要利用氧化钒从低温单斜晶系畸变金红石相到高温四方晶系金红石相的转变来实现阻态转变；本发明则是通过氧化具有规则结构的二维硒化钒，使得导电丝可以在氧化物中生长，通过导电丝的形成和断裂实现了阻态转变，提供了一种新的实现阈值转换的思路。
本发明提供了一种基于阈值转换器件的随机密码生成方法，其中，利用氧化钒导电桥阈值开关(Conductive Bridge Threshold Switching,CBTS)器件在连续操作过程中易失性和非易失性的转变以生成随机数，这是一种全新的思路，由于这种转变的发生与Ag原子的迁移和累积有关，是完全随机的。目前，主流的随机数生成主要依赖于传统CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)器件的随机噪声作为熵源生成随机信号，需要外围电路的辅助，因此需要较大的面积成本和功耗成本。相较于此类器件，本发明生成的随机密码安全性很高，且阈值开关器件功耗很低、有望实现高密度集成，因此在便携式设备上有很大的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于阈值转换器件的随机密码生成器结构示意图；
图2(a)是本发明实施例提供的经过4～5次剥离得到的材料实物图；
图2(b)是本发明实施例提供的用于转移的薄膜材料对准实物示意图；
图2(c)是本发明实施例提供的所用电极尖端对准实物示意图；
图2(d)是本发明实施例提供的材料与电极尖端对准实物图；
图3是本发明实施例提供的套刻完成后的交叉结构示意图；
图4是本发明实施例提供的随机密码生成器的获取方法流程图；
图5是本发明实施例提供的4组6位数随机密码示意图；
图6是本发明实施例提供的随机密码“8”的生成过程。
具体实施方式
本发明提供了一种基于部分氧化VSe2的导电桥阈值开关(Conductive BridgeThreshold Switching,CBTS)器件，其原理是利用金属导电丝的生长和断裂以控制阻态，与忆阻器的导电机理类似；以硒化物层为VSe2，底电极为Ag薄膜为例，VSe2在空气中加热自然氧化后会在其表面形成一层钒硒氧混合物层(VSe2-xOx)；当在阈值转换器件的两个电极之间施加一个合适的电压时，此时底电极附近带正电的银离子会发生氧化还原反应，得到电子形成银离子；银离子在VSe2-xOx层(图1中的第3层)中生长形成导电通道，从而阈值转换器件处于开态，电导大大增加；当电压撤去之后，形成导电丝的银原子会向周围扩张，从而导电丝断裂，导电通道不复存在，阈值转换器件回归关态，电导很小；
CBTS阈值转换器件在关态时电阻很大，因此，关态电流很小(pA级别)，不仅能大大降低其功耗，还能实现很大的开关比(大于107)；目前，随着手机、手环和耳机等便携式设备的大量增加，亟需一种速度快、功耗低和可靠性高的器件以提高这些设备的性能，阈值转换器件就是一种很有前景的选择。此外，由于本发明独特的阈值转换性能，还可以应用于随机密码生成器，提高这些便携式设备的安全性，甚至可以用于一些大型保密设备的安全保障工作。
为了实现以上的结构和功能，如图1所示，本发明提供了一种阈值转换器件，包括底电极、硒化物层、氧化产物层和顶电极；其中，硒化物层和氧化产物层是一个整体，整体的总厚度大约为10nm～100nm，而硒化物层厚度略大于氧化产物层厚度，具体要视氧化程度而定；顶电极一般是通过电子束蒸发镀膜法制备的Ag薄膜，是一个惰性电极，厚度控制在40nm～100nm；底电极也是通过电子束蒸发镀膜法制备的Cr-Au合金，是一个活性电极，厚度控制在20nm～60nm；
底电极和顶电极用于接入施加信号；硒化物层用于防止Ag原子大量进入氧化产物层，导致功能材料失效；并用于改善底电极和氧化产物层之间的界面接触，降低了接触电阻；氧化产物层用于在接入正向施加信号后呈低阻态，否则呈高阻态；
更为具体地，部分氧化的阈值转换器件的功能材料包括一层未氧化的二维VSe2层和其上的一层通过VSe2原位氧化得到的钒硒氧混合物层(VSe2-xOx)，硒化物层和氧化产物层紧密层叠形成整体，从而改善了氧化产物层和底电极之间的界面接触，降低了接触电阻，也有利于导电丝随电压变化而生长或者断裂；其中，导电丝为底电极中的Ag原子通过定向迁移和氧化还原反应形成的。
氧化钒是一种典型的相变材料，在室温下，氧化钒为单斜畸变金红石结构，变现为半导体绝缘态，电阻很高。在没有电场作用下，氧化物层极大的电阻导致器件泄漏电流很小，所以其静态功耗也很小，大大降低了器件的整体功耗。
第二方面，本发明提供了部分氧化的阈值转换器件的制备方法，包括：切硅片、底电极光刻、底电极镀膜和剥离、二维的VSe2转移和氧化、顶电极套刻、顶电极的镀膜和剥离；其中，切硅片并不是一个必需要执行的步骤下面对各步骤逐一进行详细介绍：
(1)二维的VSe2转移和氧化
(1.1)机械剥离二维VSe2：
机械剥离法是指利用机械外力从块体原材料中分离出单层或者几层超薄层状材料的过程；具体操作为：如图2(a)所示，在使用机械剥离法时，先将第一层胶带的粘性面朝上，固定在试验台上，并将二维VSe2材料放置在第一层胶带上(一般来说放在边缘位置为宜，粘住二维VSe2材料下表面)；再准备第二层胶带，使其粘性面朝下，令第二层胶带粘住二维VSe2材料的上表面；利用第二层胶带的粘性将块状材料剥离开来(破坏范德瓦耳斯力)，反复几次，获取所需厚度的二维VSe2材料；
(1.2)功能层材料的定点转移：
转移是指将功能层材料固定到硅片或者电极上从而组成阈值转换器件关键部分的过程；定点转移是指将通过机械剥离得到的超薄二维VSe2材料转移到线宽3～5um的底电极尖端，使其形成良好的接触；具体包括以下步骤：
a.二维VSe2材料的选取和位置调整
选取一片干净的载玻片，并取一块大小合适的PDMS(转移介质)粘于载玻片上；
采用镊子撕下PDMS的上层保护膜，将粘有二维VSe2材料的第二层胶带一侧粘在PDMS上，轻轻压实后，将二维VSe2材料转移至PDMS上；
将载玻片置于显微镜下，硅片置于载物台上，初步对准位置；通过调焦，将显微镜聚焦于PDMS上表面，在视野中寻找厚度适宜的二维VSe2材料样品，并置于视野中央(如图2(b)所示)；此时保持显微镜镜头不动，调焦使得显微镜聚焦于硅片表面，调整载物台(即硅片)的位置使得底电极尖端位于视野中心，如图2(c)所示；
调节Z轴使得载有二维VSe2材料样品的载玻片缓缓下降，直至将其与硅片贴合，调整焦距可将二维VSe2材料面和底电极面同时呈现于显微镜中，如图2(d)所示；此时可以微调两者的相对位置使得底电极尖端和二维VSe2材料对准更加准确(可以边拉近距离边调，直至贴合)；最后，当二维VSe2材料和底电极完全贴合时，位置调整完成；
b.二维VSe2材料的转移和检查
当底电极和二维VSe2材料面完全接触后，开启加热器，将硅片和PDMS加热至80℃，并保持20min，使得二维VSe2材料能充分转移至底电极上；转移完成后，调整Z轴使得硅片和PDMS分离，最后再次调焦使得显微镜聚焦于硅片表面，检查二维VSe2材料是否转移成功；若转移失败(比如底电极表面没有二维VSe2材料)，则重复步骤a；
(1.3)功能层材料的氧化：
将厚度合适的二维VSe2材料转移至底电极上之后，采用红外退火炉在空气中对其进行氧化，根据二维VSe2特点和退火炉自身的特征可以调节氧化的时间和温度，由于二维VSe2材料在空气中较易被氧化，一般选择的氧化温度是100℃，而氧化的时间是根据对比实验确定的，在当前实验条件下以30min为宜；
(2)光刻
(2.1)光刻工艺：
本发明涉及两次具体的光刻工艺，分别是制备底电极时的一次光刻和制备顶电极时的套刻工艺；
本发明所涉及的光刻工艺和目前微电子工艺主流的光刻工艺基本类似，主要涉及清洗、涂光刻胶、前烘、前曝光、后烘、后曝光以及显影七个主要流程；其中，曝光流程最为重要：第一步：接通紫外光刻机电源，打开开关与泵灯；第二步：让掩膜版上的图形对准硅片上合适的位置，固定掩膜版；第三步：调节硅片使其和掩膜版接触；第四步：软接触曝光1.1s，没有掩膜区域的光刻胶中的PAC(Porphyrin Array Compound)在紫外光照射下形成羧酸，掩膜区域则不形成，从而形成图案；第五步：裸曝光11s，使非掩膜区域交联反应的程度高于掩膜区域；
经过这五步操作后曝光结束，然后对样品进行显影，在此过程中非掩膜区域溶解度远低于掩膜区域，导致掩膜区域被溶解，而非掩膜区域留了下来，得到底电极图案；
光刻所需要的药品有：A.4英寸(直径100±0.2mm)的晶向为(1,0,0)是硅衬底，其厚度为500um，表面有300nm的SiO2层，需要用硅片刀切成1cm*1cm大小备用；B.AZ5214光刻胶；C.AZ300MIF显影液；D.丙酮、乙醇和去离子水等；
光刻过程所涉及的仪器设备有：匀胶机、MJB4紫外光刻机、温度可调的热板两块、真空泵、有机清洗柜及所需的各种清洗器具；
(2.2)套刻工艺：
套刻的流程和底电极的光刻流程类似，所需要的药品以及仪器也类似，因此这里着重介绍两者之间不同的部分；其中，前曝光过程和一次光刻时有较大区别；前曝过程套刻流程中的关键步骤：首先，接通光刻机电源，打开开关与汞灯，使紫外Hg灯功率保持在350W；第二步，利用真空固定掩膜版，并尽量使所需要光刻的图形在中央位置；第三步，需要将硅片放在载物台上，并使用WEC-SET功能，按照提示调节硅片与掩膜版之间的距离直到合适；第四步，需要利用显微镜找到掩膜版上光刻的图形，并使其位于视野中央(可先用低倍镜找到电极位置，再用高倍镜找到电极尖端)；第五步，将载物台推上，并调节距离开关使得硅片和掩膜版之间距离稍稍远离，再利用显微镜找到硅片上电极和材料的位置，使得顶电极尖端及材料与掩膜版上的电极尖端重合并令两者保持90°垂直交叉的形态，如果两者未垂直，可通过调节载物台Z轴角度使得两个电极呈90°，从而保证实现功能的有效区域是5um*5um的正方形垂直三明治结构；第六步，对准后，即可紫外曝光；曝光同样分两次进行，第一次选用Align+Exp.模式，时间为1.1s；第二次选用2Flood Exp.模式，时间为11s；
另外，套刻之前需要用O-Plasma处理样品表面10s即可，这样可以去除表面的残胶等杂质，便于剥离，同时保证剥离时不会影响底电极和功能层；
(3)镀膜工艺
在本发明中，采用电子束蒸镀法制备Ag薄膜的底电极和Cr-Au合金薄膜的顶电极；Ag薄膜的生长过程主要涉及5个阶段，分别是靶材及衬底的安装；抽真空；加热样品；生长薄膜；取样品；制备Cr-Au合金薄膜顶电极的方法与制备Ag薄膜类似，只需要修改温度、真空度等参数即可；
(4)剥离工艺
在使用电子束蒸镀法(EBE)镀上Ag薄膜和Cr-Au薄膜后，需要剥离掉多余的薄膜从而得到所期望的图案；
剥离的方法主要用到丙酮、乙醇和去离子水三种试剂；首先是，在足够大的器皿中加入99.5％的丙酮，把镀好膜的硅片放入其中浸泡，丙酮的用量以恰好没过硅片为宜；浸泡过后，可以看到没有图案区域的薄膜开始脱落，此时我们可以用一次性吸管吸取丙酮简单冲击硅片表面，从而完全剥离无图案区域的薄膜；如果薄膜吸附性较强，难以剥离，也可利用超声波清洗机对硅片进行超声震荡以去除难以剥离的薄膜(注意功率不能太大，以免影响图案完整性)；
丙酮处理完成后，将硅片转移至95％的乙醇溶液中继续清洗，去除表面残留的有机杂质和丙酮等，乙醇的用量同样是恰好没过硅片为宜，在乙醇中清洗完成后，再用去离子水冲洗，最后用氮气枪吹干，剥离过程结束；
第二次剥离后便得到了完整的具有交叉电极的器件，其平面图如图3所示。
本发明所提供的CBTS阈值转换器件除了表现出一般阈值转换器件的性能外，还表现出一种特殊的性能：由于在不断操作过程中Ag原子不断进入功能层，导致导电丝越来越粗壮无法自然断裂，所以当连续地施加多个正向电压后，器件的阻态在电压小于Vhold时仍保持在低阻态，而不会切换回高阻态，器件由易失性暂时转变为易失性；基于这个特殊的性能和随机密码生成器的技术需要，下面以随机生成六位数字密码为例，给出一种可行的密码生成器的设计方法，具体流程如图4所示；
值得说明的是，在流程图中，参数a所记录的是当前正在生成密码的位数；参数b所记录的是需要生成密码的总位数；参数n所记录的是进入低阻循环前所经历的循环次数，同时也是第a位密码的值，生成后可记录于寄存器中；其中，当连续地施加多个正向施加电压后，撤回施加电压后，器件的阻态仍处于低阻态，此时称阈值转换器件进入低阻循环；
另外，本实施例中加入n>10的判断，是为了保证密码完全是0～9之间的任意一个数字；从图4中可以看出，随机密码生成器产生的密码都是0～9之间的任意一个数字，因此，该判断只是为了保证密码的准确性，并不会对密码生成的速度以及生成密码的功耗产生较大影响；此外，如果需要生成更加复杂的密码，只需对器件的结构稍作改进(或者稍微降低操作电压和工作电流)，使其被操作到低阻态的难度增加，再对大于9的循环次数进行编码(使其对应于某一个密码的值，例如“10”对应小写字母“a”)即可增加每一位密码的复杂程度，从而进一步提升密码的安全性；
使用探针台对部分氧化VSe2阈值转换器件生成随机数密码的性能进行测试；在10nA的限流下，对阈值转换器件施加0.1V的正向操作电压和-0.15V的反向操作电压，并随机生成了4组6位的随机密码，即总共24个随机数，统计结果如图5所示；可以看出，生成的4组密码分别是“942383”、“638161”、“243123”和“225272”，证明所提供方法是可行的。
此外，图6展示的第一组密码中第五位“8”的生成过程：首先，向阈值转换器件施加了8次正向施加电压(0.15V)，撤回施加电压后，器件变为低阻态，然后向阈值转换器件施加了1次反向操作电压(-0.1V)，阈值转换器件重新回到高阻态；
最后，值得说明，本发明所涉及的阈值转换器件的操作电压和工作电流都很低，且工作速度极快，因此在大大提高了生成密码效率的同时降低了能量的损耗，是一种非常有应用前景的随机数生成器。目前，主流的随机数生成主要依赖于传统CMOS器件的随机噪声作为熵源生成随机信号，需要外围电路的辅助，因此需要较大的面积成本和功耗成本。本发明利用导电桥阈值开关(Conductive Bridge Threshold Switching,CBTS)器件在连续操作过程中易失性和非易失性的转变来生成随机数，是一种全新的思路，由于这种转变的发生与Ag原子的迁移和累积有关，是完全随机的，所以生成的随机密码安全性很高。此外，阈值开关器件功耗很低、有望实现高密度集成，因此在便携式设备上有很大的应用前景。
应当理解的是，可以在本申请中使用的诸如“包括”以及“可以包括”之类的表述表示所公开的功能、操作或构成要素的存在性，并且并不限制一个或多个附加功能、操作和构成要素。在本申请中，诸如“包括”和/或“具有”之类的术语可解释为表示特定特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合，但是不可解释为将一个或多个其它特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合的存在性或添加可能性排除在外。
此外，在本申请中，表述“和/或”包括关联列出的词语中的任意和所有组合。例如，表述“A和/或B”可以包括A，可以包括B，或者可以包括A和B这二者。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是可拆卸地连接，也可以是不可拆卸地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。其中，“固定连接”是指彼此连接且连接后的相对位置关系不变。“转动连接”是指彼此连接且连接后能够相对转动。“滑动连接”是指彼此连接且连接后能够相对滑动。本申请实施例中所提到的方位用语，例如，“顶”、“底”、“内”、“外”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方位用语是为了更好、更清楚地说明及理解本申请实施例，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
另外，在本申请实施例中，提到的数学概念，对称、相等、平行、垂直等。这些限定，均是针对当前工艺水平而言的，而不是数学意义上绝对严格的定义，允许存在少量偏差，近似于对称、近似于相等、近似于平行、近似于垂直等均可以。例如，A与B平行，是指A与B之间平行或者近似于平行，A与B之间的夹角在0度至10度之间均可。A与B垂直，是指A与B之间垂直或者近似于垂直，A与B之间的夹角在80度至100度之间均可。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种阈值转换器件，其特征在于，自下而上包括：底电极、硒化物层、氧化产物层和顶电极；
所述底电极为活性电极，所述顶电极为惰性电极；所述底电极和所述顶电极用于接入施加信号；所述硒化物层用于防止金属原子大于预设数量地进入氧化产物层，且用于改善所述底电极和所述氧化产物层之间的界面接触，降低接触电阻；所述氧化产物层用于在接入正向施加信号后呈低阻态，在n次撤回施加信号或接入反向施加信号后呈高阻态；超过n次撤回施加信号或接入反向施加信号仍呈低阻态；其中，氧化产物层用于接入正向施加信号后，底电极中的金属导电丝通过定向迁移和氧化还原反应随正向施加信号在氧化产物层中生长，从而形成导电通道；其中，n的值与正向施加信号大小呈负相关，n的值需要多次接入正向施加信号后撤回，根据撤回施加信号后氧化产物层的高低阻态确定。
2.根据权利要求1所述的阈值转换器件，其特征在于，所述顶电极为Cr-Au合金；底电极为Ag薄膜；金属导电丝为Ag导电丝。
3.根据权利要求1或2所述的阈值转换器件，其特征在于，所述硒化物层和所述氧化产物层的厚度为10nm～100nm；所述顶电极的厚度为40nm～100nm；底电极的厚度为20nm～60nm。
4.基于权利要求1至3任一所述的阈值转换器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1：在硅片上涂光刻胶，将掩膜版固定在硅片指定位置上，依次通过曝光和显影后，获取底电极图案；
Step2：采用电子束蒸镀法制备金属薄膜，使用丙酮、乙醇和去离子水对没有底电极图案的区域进行金属薄膜剥离，完成底电极的制备；
Step3：采用机械剥离法获取硒化物层材料，通过定点转移，将硒化物层材料与底电极完全接触；
Step4：将与底电极完全接触的硒化物层材料在退火炉中氧化，获取氧化产物层；
Step5：在氧化产物层顶端采用套刻工艺制备顶电极图案；
Step6：在制备有顶电极图案的氧化产物层上方采用电子束蒸镀法制备金属合金，并使用丙酮、乙醇和去离子水对没有顶电极图案的区域进行金属合金剥离，完成顶电极的制备。
5.一种基于权利要求1至3任一所述的阈值转换器件的随机密码生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.初始化当前正在生成密码的位数a＝1，且设置生成密码的总位数b；
b.当前第n次对阈值转换器件接入正向施加信号再撤回正向施加信号后，判断阈值转换器件的阻态是高阻态还是低阻态，若恢复高阻态，则令n＝n+1，继续执行步骤b，直至撤回正向施加信号后无法恢复高阻态，获取n的值；其中，n的初始值为0；
c.判断当前n的值是否在密码的取值区间，若在，则将位数a的密码设定为n，令n＝0，转至步骤d；否则，n＝0，转至步骤b；
d.令a＝a+1，判断a是否小于b，若是，则对阈值转换器件接入负向施加信号，转至步骤b，直至生成总位数为b的密码。
6.根据权利要求5所述的随机密码生成方法，其特征在于，通过降低正向施加电压和阈值转换器件的工作电流，生成取值区间更宽的密码。
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