用于神经形态应用的楔形类型工程化 SiO$_x$/Cu/SiO$_x$ 介质器件

本研究全面检验了采用楔形类型沉积技术和蒙特卡洞模拟开发 TiN/SiO$_x$/Cu/SiO$_x$/TiN 记忆器件的过程，这些器件用于神经形态应用。通过常规试错方法识别关键参数以获得所需器件特性具有挑战性，这种方法常常掩盖了各层组成变化的影响。本文采用\textit{非中心}热蒸发方法，在 4 英寸晶圆上制造 SiO$_x$ 和 Cu 的厚度梯度，从而通过半自动测量实现详细的电阻图谱分析。这使得我们能够详细探讨层组成和厚度对单个晶圆性能的影响，从而保持所有其他工艺条件恒定。将实验数据与模拟相结合，可准确理解层厚分布及其对器件性能的影响。将 SiO$_x$ 层优化至小于 12.5 nm，搭配厚度低于 0.6 nm 的不连续 Cu 层，可实现 $>$100 的 $R_{on}/R_{off}$ 比值的模拟开关特性，适用于神经形态应用；而 $R \times A$ 分析显示 filament 切换迹象不明显。我们的发现突显了在确定开关行为方面严格选择 SiO$_x$ 和 Cu 厚度的重要性，并为从生物启发计算系统中开发更高性能的模拟开关组件提供了洞见。