一种双模共电极忆阻器及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116013385A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310100198.X(22)申请日2023.02.11(71)申请人陕西格芯国微半导体科技有限公司地址712000陕西省西安市西咸新区沣东新城能源金贸区起步区一期西咸金融港4-B1楼1楼101室(72)发明人刘洋(51)Int.Cl.G11C13/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种双模共电极忆阻器及其应用(57)摘要本发明涉及一种双模共电极忆阻器，用于实现大规模信号的高速数模转换以及存取。双模共电极忆阻器即在一个结构上实现莫特忆阻器和存储忆阻器，同时实现数模转换和数据存储功能；莫特忆阻器取代传统的数模转换（AD），存储忆阻器用于存储经过莫特忆阻器转换后的数字信号数据。双模共电极忆阻器与传统（数模转换）AD电路相比，在功能上莫特忆阻器可以直接将模拟信号转变成数字信号并进行存储；在结构上，忆阻器是三维立体垂直结构，可以做成阵列和堆叠结构，而传统（数模转换）AD是平面结构，难以堆叠，占芯片面积规模大；其次，忆阻器单元尺寸小，可以做大规模阵列，进行大规模信号一次性处理，在面积和体积上优势非常明显；同时还解决了传统（数模转换）AD无法克服的芯片引线互联问题。CN116013385ACN116013385A权利要求书1/1页1.本发明提供了一种双模共电极忆阻器及其应用，其特征在于，包括：上顶电极、上阻变层、公用底电极、下阻变层、下顶电极；从功能上可分为莫特忆阻器和存储忆阻器两个部分；莫特忆阻器部分由顶电极，上阻变层以及公用底电极构成；存储忆阻器部分由下顶电极、下阻变层，公用底电极构成；莫特忆阻器和存储忆阻器公用一个底电极。2.根据权利要求1所述，一种双模共电极忆阻器及其应用，其特征在于，所述所有电极层，用于与外部电源进行电连接。3.根据权利要求1所述，一种双模共电极忆阻器及其应用，其特征在于，所述阻变层，用于实现不同的功能，上阻变层利用材料的易失性，下阻变层利用材料的非易失性，实现存储功能。4.根据权利要求1所述，一种双模共电极忆阻器及其应用，其特征在于，所述顶电极可以选择Pt、Pd、W、Nb、TiN、TaN、ITO、Ag、Au材料及石墨烯材料。5.根据权利要求1所述，一种双模共电极忆阻器及其应用，其特征在于，所述上阻变层可以选用NbOx、VOx、TaOx及其三元氧化物材料。6.根据权利要求1所述，一种双模共电极忆阻器及其应用，其特征在于，所述中间电极可以Pt、W、TiN、Pd、Ag、Au材料。7.根据权利要求1所述，一种双模共电极忆阻器及其应用，其特征在于，所述下阻变层可以选用TaOx、NbOx、HfOx、SiOx、MoOx材料。8.根据权利要求1所述，一种双模共电极忆阻器及其应用，其特征在于，所述下电极可选用Pt、W、TiN、Pd、Ag、Au材料或者Pt、W、TiN、Pd、Ag、Au材料的叠层结构薄膜材料。2CN116013385A说明书1/3页一种双模共电极忆阻器及其应用技术领域[0001]本发明涉及一种双模共电极忆阻器，用于实现大规模信号的高速数模转换以及存取。背景技术[0002]忆阻器是独立于电阻、电容和电感之外的第四种基本电路元素。在1971年首次提出忆阻器的概念，在2008年惠普公司首先从实验上证实了忆阻器件的存在。忆阻器是一种具有记忆功能的非线性两端无源器件，通常由两个电极夹在绝缘材料柱(如氧化物材料)中组成。该装置在高电阻状态下启动，阻止电流通过。但是如果将电压提高到足够高的程度，氧就会从氧化物中挤出来，形成一条导电通道。在这种状态下，电流很容易通过。相反方向的高电压会把氧放回原位，恢复它的电阻。通过设置（SET）和重置（RESET）操作在绝缘层中形成导电丝实现“高阻”与“低阻”态的切换。它用阻值变化反应了器件两端总磁通量φ对流过其中的电荷量q的变化关系，反映了器件的历史状态，从而实现记忆功能。[0003]莫特忆阻器是采用莫特绝缘体材料作为阻变层的忆阻器，是易失性存储器即当外加电流或者电压撤去后，其阻值很快回到初始状态。根据能带理论，莫特绝缘体（如VO2、NbO2、NiO等）是导体，但是实验上在常温、常压下是很好的绝缘体。莫特绝缘体在高温或者高压下，可以由绝缘体状态转换成导体状态。[0004]利用莫特绝缘体材料作为阻变层，制备出来的莫特忆阻器可以在合适的外加电流或者电压下，持续在高低阻态之间转变，产生振荡输出。莫特忆阻器在适当的条件下，可以直接输出振荡信号，不再需要模拟电路以及（数模转换）A/D转换等过程，简化了整体的电路结构。发明内容[0005]本发明的目的是通过提供一种双模忆阻器，即莫特忆阻器和存储忆阻器，莫特忆阻器取代传统的数模转换（