CN107681048A - 一种具有神经仿生功能的忆阻器及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有神经仿生功能的忆阻器，其结构从下到上依次包括衬底、在所述衬底上形成的Ag底电极层、在所述Ag底电极层上形成的功能层以及在所述功能层上形成的Ag顶电极层；所述功能层从下到上依次包括第一锆铪氧膜层、石墨烯氧化物量子点中间层以及第二锆铪氧膜层。同时，本发明还公开了该忆阻器的制备方法及应用。本发明通过特定结构的设计，使得最终制备的忆阻器具有很好的神经仿生效果；尤其是在功能层将石墨烯氧化物量子点中间层设置于第一锆铪氧膜层和第二锆铪氧膜层之间，这可精确控制导电细丝的生长和破裂来提高器件的均一性，能够使器件较现有同类型器件具有更稳定的阻值变化、更低的功耗、更好的稳定性和均一性。
Description
技术领域
本发明涉及一种忆阻器及其制备方法和应用，具体地说是一种具有神经仿生功能的忆阻器及制备方法和应用。
背景技术
忆阻器是继电阻、电容、电感之后的另一种新的无源电路元件。简单地说，忆阻器就是一个有记忆功能的非线性电阻器，是一种两端器件，属于典型的基于顶点极-介质层-底电极的三明治结构，因此可以高密度集成。它的工作原理主要利用中间介质层在不同电激励的作用下出现高、低阻态之间的可逆转变现象来进行数据的存储，即通过控制电流的变化改变其阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能。用常见的水管来比喻它的工作原理就是电流是通过的水量，而电阻是水管的粗细时，当水从一个方向流过去，水管会随着水流量而越来越粗，这时如果把水流关掉的话，水管的粗细会维持不变；反之当水从相反方向流动时，水管就会越来越细，而正是由于该器件会“记住”之前的电流量，因此被称作忆阻器。
在2008年，惠普实验室的研究人员制作了第一个忆阻器件后，科学界掀起了对忆阻器的研究热潮。忆阻器以其具有结构简单、不同电阻态之间转变快、存取速度快、与CMOS工艺兼容、低功耗、易于集成等优势，被视为下一代高密度存储器有力的候选者之一。忆阻器最简单的应用就是作为非易失性阻抗存储器，随着研究的深入，研究人员发现它还可以用来进行逻辑计算。在2010年，惠普实验室再次宣布，忆阻器具有布尔逻辑运算的功能，这一发现震动了计算机学界。曾领衔研制“天河”系列超级计算机的国防科技大学科研人员在跟踪调研后认为“理论上可以通过忆阻器完全替代现在所有的数字逻辑电路”。此外，研究人员还研发了忆阻器的另一个新的应用，就是用来进行神经突触仿生。但是，目前现有技术中具有神经突触仿生功能的忆阻器比较少，还有待于进一步开发。此外，无论忆阻器应用于存储器还是逻辑计算或神经突触仿生，都必须满足较高的性能和较低的功耗，而目前现有的忆阻器普遍存在电阻变化量小、操作电压高，功耗大的缺陷。
发明内容
本发明的目的就是提供一种具有神经仿生功能的忆阻器及制备方法和应用，以解决现有忆阻器普遍存在电阻变化量小、操作电压高，功耗大的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有神经仿生功能的忆阻器，包括其结构从下到上依次包括衬底、在所述衬底上形成的Ag底电极层、在所述Ag底电极层上形成的功能层以及在所述功能层上形成的Ag顶电极层；所述功能层从下到上依次包括第一锆铪氧膜层、石墨烯氧化物量子点中间层以及第二锆铪氧膜层。
所述衬底为Pt/Ti/SiO2/Si衬底，所述Pt/Ti/SiO2/Si衬底中最底部为Si膜层，SiO2膜层生长在Si膜层上，Ti膜层生长在SiO2膜层上，Pt膜层生长在Ti膜层上，因此，Pt膜层是Pt/Ti/SiO2/Si衬底的最顶层；所述功能层形成于所述Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜层上。
所述功能层的厚度为10-20nm，所述功能层中的石墨烯氧化物量子点中间层的厚度为0.8-1.2nm，所述第一锆铪氧膜层和第二锆铪氧膜层的厚度优选相同。
所述Ag底电极层的厚度为5-15nm。
所述Ag顶电极层的厚度为50-200nm，所述Ag顶电极层是若干直径为50-150µm的圆形电极膜。
所述石墨烯氧化物量子点中间层的是通过以下方法制备：
（1）石墨烯氧化物量子点溶液的制备方法为：将浓度为0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度为30 wt%的过氧化氢溶液按体积比为40:1混合，得混合液，在汞灯照射下，匀速搅拌30-40min，用3500 Da的透析袋对所述混合液透析2.5-3.5天，即得；
（2）将形成第一锆铪氧膜层的样品放在匀胶机的转盘上，用滴管将所述石墨烯氧化物量子点溶液滴加匀涂在第一锆铪氧膜层上，然后开启匀胶机，设置转速3000 r/min，旋转时间为5-15min，旋涂均匀后，晾干，即在第一锆铪氧膜层上形成了石墨烯氧化物量子点中间层。
本发明还公开了所述具有神经仿生功能的忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
（a）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底依次分别在丙酮、酒精和去离子水中用超声波清洗，然后取出用N2吹干；
（b）将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底固定到磁控溅射设备的衬底台上，将Ag靶材和锆铪氧靶材分别放置在两个靶台上；将腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa，向腔体内通入20-30sccm的Ar，调整腔体内的压强维持在1-6Pa，打开控制Ag靶材起辉的直流源，调整直流源功率为8-11W，使Ag靶材起辉，预溅射4-6min；正式溅射1-4min，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜层上形成Ag底电极层；
（c）关闭Ag靶材起辉的直流源，将腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa；向腔体内通入流量比为50-70sccm : 20-30sccm的Ar和O2，调整腔体内的压强维持在1-6Pa，打开控制锆铪氧靶材起辉的射频源，调整射频源功率为70-90W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射8-15min；正式溅射35-45min，在Ag底电极层上形成第一锆铪氧膜层；
（d）关闭控制锆铪氧靶材起辉的射频源，将形成第一锆铪氧膜层的样品放在匀胶机的转盘上，用滴管将石墨烯氧化物量子点溶液滴加匀涂在第一锆铪氧膜层上，开启匀胶机，设置转速3000 r/min，旋转时间为5-15min，旋涂均匀后，晾干，在第一锆铪氧膜层上形成了石墨烯氧化物量子点中间层；
（e）待石墨烯氧化物量子点中间层晾干后，再将样品固定到磁控溅射设备的衬底台上，并将腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa，重复步骤（c）形成第一锆铪氧膜层的磁控溅射工艺，在石墨烯氧化物量子点中间层上形成了第二锆铪氧膜层；
（f）在样品的第二锆铪氧膜层上放置掩膜版，将磁控溅射设备腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa，将Ag靶材通过磁控溅射法在第二锆铪氧膜层上形成了Ag顶电极层。
本发明制备方法中步骤（b）所述的Ag底电极层的厚度为5-15nm。
本发明制备方法中步骤（d）所述石墨烯氧化物量子点溶液的制备方法为：将浓度为0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度为30 wt%的过氧化氢溶液按体积比为40:1混合，得混合液，在汞灯照射下，匀速搅拌30-40min，用3500 Da的透析袋对所述混合液透析2.5-3.5天，即得。
本发明制备方法中步骤（d）形成的石墨烯氧化物量子点中间层的厚度为0.8-1.2nm。
本发明制备方法中步骤（f）所述的掩膜版上均布有直径为50-150µm的圆形孔。
步骤（f）所述磁控溅射工艺是指：向腔体内通入流量为20sccm-30sccm的Ar，调整接口阀使腔体内的压强维持在1-6Pa，打开控制银靶材起辉的直流源，调整直流源功率为8-11W，使银靶材起辉，预溅射4-6min；之后正式溅射10-20min，在第二锆铪氧膜层上形成了Ag顶电极层。
步骤（f）所述的Ag顶电极层的厚度为50-200nm；所述Ag顶电极层是若干直径为50-150µm的圆形电极膜。
本发明通过衬底、Ag底电极层、特定功能层和Ag顶电极层结构的设计，使得最终制备的忆阻器具有很好的神经仿生效果；尤其是在功能层的第一锆铪氧膜层和第二锆铪氧膜层之间设置了石墨烯氧化物量子点中间层，这可精确控制导电细丝的生长和破裂来提高器件的均一性，能够使器件较现有同类型器件具有更稳定的阻值变化、更低的功耗、更好的稳定性和均一性，而且通过检测表明本发明提供的忆阻器操作电压低，电阻变化量大，这极大的提升的忆阻器的综合应用性能；而且本发明提供的忆阻器的制备方法简单，操作性好，易于大规模生产制造，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明所提供的忆阻器的结构示意图。
图2是本发明制备忆阻器的磁控溅射设备的结构示意图。
图3是本发明实施例2所制备的忆阻器的正向脉冲作用的神经仿生模拟图。
图4是本发明实施例2所制备的忆阻器的负向脉冲作用的神经仿生模拟图。
图5是本发明实施例2所制备的忆阻器的神经突触权重变化模拟图。
图6半导体测试仪对实施例2所制备的忆阻器进行正向电流电压扫描结果图。
图7半导体测试仪对实施例2所制备的忆阻器进行负向电流电压扫描结果图。
具体实施方式
下面实施例用于进一步详细说明本发明，但不以任何形式限制本发明。
实施例1
如图1所示，本发明提供的具有神经仿生功能的忆阻器，其结构从下到上依次包括Pt/Ti/SiO2/Si衬底1、在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的Pt膜层上形成的Ag底电极层2、在Ag底电极层2上形成的功能层3以及在功能层3上形成的Ag顶电极层4。其中功能层3从下到上依次包括第一锆铪氧膜层31、石墨烯氧化物量子点中间层32以及第二锆铪氧膜层33。其中Pt/Ti/SiO2/Si衬底1中最底部为Si膜层，Si膜层上为SiO2膜层，SiO2膜层上为Ti膜层，Ti膜层上为Pt膜层，因此，Pt膜层是Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的最顶层。
其功能层3的厚度为10-20nm，其中石墨烯氧化物量子点中间层32的厚度为0.8-1.2nm，优选1nm；其第一锆铪氧膜层31和第二锆铪氧膜层33的厚度优选相同。
其Ag底电极层2的厚度为5-15nm，Ag顶电极层4的厚度为50-200nm，Ag顶电极层4包括若干均匀分布在功能层3上的直径为50-150µm的圆形电极。
上述具有神经仿生功能的忆阻器可以通过以下制备方法在范围内调整工艺参数制备而成，具体包括以下步骤：
（1）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1放在盛有丙酮的烧杯中，用超声波清洗10min，然后放入盛有酒精的烧杯中用超声波清洗10min，再用夹子取出放入盛有去离子水的烧杯中用超声波清洗5min，之后取出，用氮气（N2）吹干。
（2）如图2所示，打开磁控溅射设备的腔体4，拿出压片台7，先用砂纸打磨干净至发亮，用丙酮清洗压片台表面附着的有机物，用酒精最后擦拭干净；将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底1放在压片台7上压片，压片时保证Pt/Ti/SiO2/Si衬底1稳固压在压片台7上并且压平，以保证溅射时生长薄膜均匀，压片完毕后将其放入腔体4内的衬底台8上，固定好后关闭腔体4，对腔体4及气路抽真空至1×10-4-4×10-4Pa；在腔体4内压片台7的下方设置有两个靶台6，靶台6上分别放置有不同的靶材11，分别为锆铪氧（Zr0.5Hf0.5O2，简写为ZHO）靶材和银靶材。其中锆铪氧靶材由磁控溅射设备的腔体4外的射频源来控制其起辉，银靶材由磁控溅射设备的腔体4外的直流源来控制其起辉。在银靶材的上方设置有可对银靶材进行遮挡的第一挡板，在压片台7底面的Pt/Ti/SiO2/Si衬底1下方设置有可对Pt/Ti/SiO2/Si衬底1进行遮挡的第二挡板。第一挡板和第二挡板均可由磁控溅射设备的腔体4外的相应按钮来控制其旋转。
首先由第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，之后通过充气阀5向腔体4内通入20-30sccm的氩气（Ar），调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强维持在1-6Pa，打开控制Ag靶材的直流源，调整直流源功率为8-11W，使Ag靶材起辉，预溅射4-6min；预溅射是为了清洁靶材表面，所以预溅射时需要将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1遮挡，以免在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1上形成不想要的膜层；之后打开第二挡板，正式溅射1-4min，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的Pt膜层上形成厚度为5-15nm的Ag底电极层2；
（3）关闭控制Ag靶材的直流源，由第一档板遮挡Ag靶材，由第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，将腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa；向腔体内通入流量比为50-70sccm : 20-30sccm的Ar和O2，调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强维持在1-6Pa，打开控制锆铪氧靶材起辉的射频源，调整射频源功率为70-90W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射8-15min；预溅射是为了清洁靶材表面，所以预溅射时需要将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，以免在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1上形成不想要的膜层；预溅射后将第二挡板从衬底的下方移开，正式溅射35-45min，在样品的Ag底电极层2上形成第一锆铪氧膜层31；
（4）形成第一锆铪氧膜层31后，关闭控制锆铪氧靶材起辉的射频源，将样品放在匀胶机的转盘上，用滴管将5-10mL石墨烯氧化物量子点溶液滴加匀涂在第一锆铪氧膜层上，然后开启匀胶机，设置转速3000 r/min，旋转时间为5-15min，旋涂均匀后，将覆有石墨烯氧化物量子点中间层的样品置于干燥无尘环境下晾干，持续时间为5-10h，在第一锆铪氧膜层31上形成了厚度为0.8-1.2nm的石墨烯氧化物量子点中间层32；
（5）待石墨烯氧化物量子点中间层32晾干后，再将样品固定到磁控溅射设备的衬底台8上，第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，对腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa，再向腔体内通入流量比为50-70sccm : 20-30sccm的Ar和O2，调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强维持在1-6Pa，打开控制锆铪氧靶材起辉的射频源，调整射频源功率为70-90W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射8-15min；预溅射后将第二挡板从衬底的下方移开，正式溅射35-45min，在石墨烯氧化物量子点中间层32上形成了第二锆铪氧膜层33；
（6）关闭射频源，通过进气阀9泄压，打开磁控溅射设备的腔体4，在第二锆铪氧膜层33上放置均匀密布有直径为50-150μm圆孔的掩膜版，用真空泵通过机械泵与分子泵接口阀10对磁控溅射设备的腔体4抽真空至1×10-4-4×10-4Pa，用通过充气阀5向腔体4内通入流量为20sccm~30sccm的Ar，调整接口阀10使腔体内的压强维持在1-6Pa；由第二挡板将样品挡住，由第一挡板将银靶材挡住；打开控制Ag靶材起辉的直流源，调整直流源功率为8-11W，使腔体4内的银靶材起辉，预溅射4-6min；之后移去第一挡板和第二挡板，在银靶材作用下正式溅射10-20min，在第二锆铪氧膜层33上形成Ag顶电极层4；Ag顶电极层4即是若干直径与掩膜版上的圆形孔相同的圆形电极膜，也是阻变存储器的有效工作区域的尺寸，且通过控制生长速率及生长时间，可控制Ag顶电极层4的厚度在50-200nm范围内。
实施例2
（1）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1放在盛有丙酮的烧杯中，用超声波清洗10min，然后放入盛有酒精的烧杯中用超声波清洗10min，再用夹子取出放入盛有去离子水的烧杯中用超声波清洗5min，之后取出，用氮气（N2）吹干。
（2）采用如图2所示磁控溅射设备，打开腔体4，拿出压片台7，先用砂纸打磨干净至发亮，用丙酮清洗压片台表面附着的有机物，用酒精最后擦拭干净；将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底1放在压片台7上压片，压片时保证Pt/Ti/SiO2/Si衬底1稳固压在压片台7上并且压平，以保证溅射时候生长薄膜均匀，压片完毕后将其放入腔体4内的衬底台8上，固定好后关闭腔体4，对腔体4及气路抽真空至2×10-4Pa；在腔体4内压片台7的下方设置有两个靶台6，靶台6上分别放置有不同的靶材11，分别为锆铪氧（Zr0.5Hf0.5O2，简写为ZHO）靶材和银靶材。其中锆铪氧靶材由磁控溅射设备的腔体4外的射频源来控制其起辉，银靶材由磁控溅射设备的腔体4外的直流源来控制其起辉。在银靶材的上方设置有可对银靶材进行遮挡的第一挡板，在压片台7底面的Pt/Ti/SiO2/Si衬底1下方设置有可对Pt/Ti/SiO2/Si衬底1进行遮挡的第二挡板。第一挡板和第二挡板均可由磁控溅射设备的腔体4外的相应按钮来控制其旋转。
首先由第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，之后通过充气阀5向腔体4内通入25sccm的氩气（Ar），调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强维持在3Pa，打开控制Ag靶材的直流源，调整直流源功率为10W，使Ag靶材起辉，预溅射5min；预溅射是为了清洁靶材表面，所以预溅射时需要将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1，以免在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1上形成不想要的膜层；之后打开第二挡板，正式溅射2min，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的Pt膜层上形成厚度为8nm的Ag底电极层2；
（3）关闭控制Ag靶材的直流源，由第一档板遮挡Ag靶材，由第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，将腔体抽真空至2×10-4Pa；向腔体内通入流量比为50sccm : 25sccm的Ar和O2，调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强维持在3Pa，打开控制锆铪氧靶材起辉的射频源，调整射频源功率为80W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射10min；预溅射是为了清洁靶材表面，所以预溅射时需要将衬底挡住，以免在衬底上形成不想要的膜层；预溅射后将第二挡板从衬底的下方移开，正式溅射40min，在样品的Ag底电极层2上形成厚度为7nm的第一锆铪氧膜层31；
（4）形成第一锆铪氧膜层31后，关闭控制锆铪氧靶材起辉的射频源，将样品放在匀胶机的转盘上，用滴管将石墨烯氧化物量子点溶液滴加匀涂在第一锆铪氧膜层上，然后开启匀胶机，设置转速3000 r/min，旋转时间为10min，旋涂均匀后，将覆有石墨烯氧化物量子点中间层的样品置于干燥无尘环境下晾干，持续时间为5h，在第一锆铪氧膜层31上形成了1nm的石墨烯氧化物量子点中间层32；
（5）待石墨烯氧化物量子点中间层32晾干后，再将样品固定到磁控溅射设备的衬底台8上，第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，对腔体抽真空至2×10-4Pa，重向腔体内通入流量比为50sccm : 25sccm的Ar和O2，调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强维持在3Pa，打开控制锆铪氧靶材起辉的射频源，调整射频源功率为70-90W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射10min；预溅射后将第二挡板从衬底的下方移开，正式溅射40min，在石墨烯氧化物量子点中间层32上形成了7nm的第二锆铪氧膜层33；
（6）关闭射频源，通过进气阀9泄压，打开磁控溅射设备的腔体4，在第二锆铪氧膜层33上放置均匀密布有直径为100μm圆孔的掩膜版，用真空泵通过机械泵与分子泵接口阀10对磁控溅射设备的腔体4抽真空至2×10-4Pa，用通过充气阀5向腔体4内通入流量为25sccm的Ar，调整接口阀10使腔体内的压强维持在3Pa；由第二挡板将样品挡住，由第一挡板将银靶材挡住；打开直流源，调整直流源功率为10W，使腔体4内的银靶材起辉，预溅射5min；之后移去第一挡板和第二挡板，在银靶材作用下正式溅射15min，在第二锆铪氧膜层33上形成Ag顶电极层4；Ag顶电极层4即是若干直径与掩膜版上的圆形孔相同的圆形电极膜，也是阻变存储器的有效工作区域的尺寸，且通过控制生长速率及生长时间，可控制Ag顶电极层4的厚度在70-200nm范围内。
实施例3 忆阻器的性能检测
（1）对实施例2制备的器件的神经突触模拟功能进行了测试，其结果见图3和图4所示。其中图3是对器件连续施加15圈0.7v、50ns脉宽的方波所得到的图，图中可以看出，随着脉冲数的增加，器件的电流逐渐增加，电阻值不断减少。图4是对器件连续施加15圈-0.7v，50ns脉宽的方波所得到的图。图中可以看出，随着脉冲数的增加，器件的电流逐渐减小，电阻值不断增加。通过图3和图4，说明忆阻器件的电阻是可调的，且具有很好的神经仿生效果。
（2）生物突触中的配对脉冲促进（PPF）是通过减少两个连续增强脉冲之间的时间间隔增强突触重量。本实验用脉宽为120ns、幅度0.8v的脉冲信号作为输入脉冲，用脉宽为100ns，幅度0.2v的脉冲信号作为读取脉冲。每个输入脉冲后跟一个读取脉冲。两个输入脉冲之间的间隔称为△t。其变化关系结果见图5，从图5可以看到随着输入脉冲之间的间隔减小，突触重量不断增加。此现象可以进行神经学习的模仿，两次正向输入脉冲可以代表两次学习，两次学习时间的间隔越小，表明大脑遗忘的速度就会减慢。
（3）用keithley2400 半导体测试仪对器件进行了电流电压测试，结果见图6和图7。在正向扫描时，选取起点电压0V， 最大扫描电压为0.2V，步长为0.01V。连续进行了六次扫描，得到I-V图如图6所示。可以看出，随着扫描次数的增加，器件的电流不断增加，电阻不断变小。接着我们进行了负向扫描，选取起点电压0V，最小扫描电压为-0.2V，步长为0.01V。连续进行了六次扫描，得到I-V图如图7所示。可以看出，随着扫描次数的增加，器件的电流不断减小，电阻不断变大。通过对连续扫描得到的I-V图，说明了器件的电阻是连续可调的，具有典型的忆阻器特性。并且扫描电压的峰值是正负0.2V，说明实现电阻调控需要的电压很小，满足现代电子器件对低功耗的要求。
Claims (10)
1.一种具有神经仿生功能的忆阻器，其特征在于，其结构从下到上依次包括衬底、在所述衬底上形成的Ag底电极层、在所述Ag底电极层上形成的功能层以及在所述功能层上形成的Ag顶电极层；所述功能层从下到上依次包括第一锆铪氧膜层、石墨烯氧化物量子点中间层以及第二锆铪氧膜层。
2.根据权利要求1所述的具有神经仿生功能的忆阻器，其特征在于，所述功能层的厚度为10-20nm，所述功能层中的石墨烯氧化物量子点中间层的厚度为0.8-1.2nm。
3.根据权利要求1所述的具有神经仿生功能的忆阻器，其特征在于， 所述Ag底电极层的厚度为5-15nm。
4.根据权利要求1所述的具有神经仿生功能的忆阻器，其特征在于，所述Ag顶电极层的厚度为50-200nm。
5.一种具有神经仿生功能的忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底依次分别在丙酮、酒精和去离子水中用超声波清洗，然后取出用N2吹干；
（b）将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底固定到磁控溅射设备的衬底台上，将Ag靶材和锆铪氧靶材分别放置在两个靶台上；将腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa，向腔体内通入20-30sccm的Ar，调整腔体内的压强维持在1-6Pa，打开控制Ag靶材起辉的直流源，调整直流源功率为8-11W，使Ag靶材起辉，预溅射4-6min；正式溅射1-4min，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜层上形成Ag底电极层；
（c）关闭Ag靶材起辉的直流源，将腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa；向腔体内通入流量比为50-70sccm : 20-30sccm的Ar和O2，调整腔体内的压强维持在1-6Pa，打开控制锆铪氧靶材起辉的射频源，调整射频源功率为70-90W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射8-15min；正式溅射35-45min，在Ag底电极层上形成第一锆铪氧膜层；
（d）关闭控制锆铪氧靶材起辉的射频源，将形成第一锆铪氧膜层的样品放在匀胶机的转盘上，用滴管将石墨烯氧化物量子点溶液滴加匀涂在第一锆铪氧膜层上，开启匀胶机，设置转速3000 r/min，旋转时间为5-15min，旋涂均匀后，晾干，在第一锆铪氧膜层上形成了石墨烯氧化物量子点中间层；
（e）待石墨烯氧化物量子点中间层晾干后，再将样品固定到磁控溅射设备的衬底台上，并将腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa，重复步骤（c）形成第一锆铪氧膜层的磁控溅射工艺，在石墨烯氧化物量子点中间层上形成了第二锆铪氧膜层；
（f）在样品的第二锆铪氧膜层上放置掩膜版，将磁控溅射设备腔体抽真空至1×10-4-4×10-4Pa，将Ag靶材通过磁控溅射法在第二锆铪氧膜层上形成了Ag顶电极层。
6.根据权利要求5所述的具有神经仿生功能的忆阻器的制备方法，其特征在于，步骤（d）所述石墨烯氧化物量子点溶液的制备方法为：将浓度为0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度为30 wt%的过氧化氢溶液按体积比为40:1混合，得混合液，在汞灯照射下，匀速搅拌30-40min，用3500 Da的透析袋对所述混合液透析2.5-3.5天，即得。
7.根据权利要求5所述的具有神经仿生功能的忆阻器的制备方法，其特征在于，步骤（b）所述的Ag底电极层的厚度为5-15nm。
8.根据权利要求5所述的具有神经仿生功能的忆阻器的制备方法，其特征在于，步骤（d）形成的石墨烯氧化物量子点中间层的厚度为0.8-1.2nm。
9.根据权利要求6、7或8所述的具有神经仿生功能的忆阻器的制备方法，其特征在于，步骤（f）所述的Ag顶电极层的厚度为50-200nm。
10.一种权利要求1所述的具有神经仿生功能的忆阻器在制备神经突触仿生器件中的应用。
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| GR01 | Patent grant | ||
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