1.本技术涉及半导体技术领域，特别是涉及一种液-液界面型忆阻器和一种兴奋型神经突触器件。
背景技术：2.忆阻器的非易失记忆特性使其具备数据存储能力，而其电导状态可调节的能力使其具备数值计算能力，二者相结合使忆阻器可在同一位置实现计算与存储的融合，实现“存算一体”，从而有望突破传统冯诺依曼计算架构的限制，具有广阔的应用前景。
3.相关技术提出了一种界面型纳流体忆阻器，通过流体的液-液界面在施加电压的作用下在纳米管道中的移动，改变纳米管道所在器件的电导能力，从而实现忆阻器的功能。然而，目前的纳流体忆阻器使用纳米沟道作为忆阻器中电解质的存储环境和电解质界面的移动环境，响应时间长达几百毫秒，操作电压也为几十伏量级，极大地限制了忆阻器的性能和应用拓展。而例如在人工神经突触领域，为了实现神经元动作电位的匹配，对操作电压的响应时间及电压大小提出了极高的要求，因此，如何减少界面型纳流体忆阻器的响应时间及操作电压，是技术人员目前亟待解决的问题。
技术实现要素：4.为了解决上述问题，本技术实施例提出了一种液-液界面型忆阻器和一种兴奋型神经突触器件，旨在提高界面型纳流体忆阻器的响应速度及减小操作电压。
5.本技术实施例提供了一种液-液界面型忆阻器，包括：
6.存储第一液体的第一容器，存储第二液体的第二容器，以及位于所述第一容器和所述第二容器之间的工作层；其中，所述工作层上设置有连通所述第一容器和所述第二容器的纳米孔道，所述第一容器和第二容器上用于连接所述纳米孔道的开孔的孔径、所述第一容器的腔室尺寸以及所述第二容器的腔室尺寸，是所述纳米孔道的孔径和长度的至少100倍，所述第一液体的电导率和所述第二液体的电导率不相等且互不相溶，所述第一液体和所述第二液体在所述纳米孔道中形成液-液界面；
7.其中，所述纳米孔道的内壁面在所述第一液体中发生水解之后，所述纳米孔道的内壁面带负电；随着所述纳米孔道的两个开口端之间所施加的电压的大小的改变，所述液-液界面基于电渗流作用在所述纳米孔道内移动。
8.可选的，所述工作层包括：基底部；
9.其中，所述纳米孔道设置在所述基底部内，连通所述第一容器和所述第二容器；
10.其中，所述基底部内的所述纳米孔道是先利用聚焦离子束或介电击穿技术在所述基底部上加工，再通过沉积一层壁面材料获得的。
11.可选的，所述工作层包括：基底部和悬空支撑部；
12.其中，所述纳米孔道设置在所述悬空支撑部内，所述基底部上设置有通孔，所述悬空支撑部正对所述基底部，且从所述基底部的一侧表面与所述基底部连接；所述纳米孔道
正对所述基底部上的通孔；其中，所述纳米孔道经由所述基底部上的通孔，连通所述第一容器和所述第二容器；
13.其中，所述悬空支撑部是在所述基底部的通孔所在区域通过转移得到的二维材料；其中，所述纳米孔道是利用聚焦离子束在所述二维材料上加工，再沉积一层壁面材料获得的。
14.可选的，所述液-液界面型忆阻器还包括：设置有通孔的硅衬底；其中，所述硅衬底位于所述工作层和所述第一容器之间，或者，位于所述工作层和所述第二容器之间；
15.其中，所述硅衬底上的通孔的两端开口的孔径大小不相等，且所述两端开口中的较小开口连接所述基底部上的纳米孔道，或经由所述基底部上的通孔连接所述悬空支撑部上的纳米孔道，且所述两端开口中的较大开口连接所述第一容器或者所述第二容器。
16.可选的，所述液-液界面型忆阻器还包括：设置在所述工作层和所述第一容器之间的第一硅胶垫和设置在所述硅衬底和所述第二容器之间的第二硅胶垫，或者，设置在所述工作层和所述第二容器之间的第一硅胶垫和设置在所述硅衬底和所述第一容器之间的第二硅胶垫；
17.其中，所述第一硅胶垫和所述第二硅胶垫上设置有孔中心轴与所述纳米孔道的孔中心轴一致的通孔。
18.可选的，所述纳米孔道的内壁面是氧化硅材料。
19.可选的，所述纳米孔道的孔径尺寸为1nm至2000nm，所述纳米孔道的长度为0.1nm至500nm。
20.可选的，所述第一液体是无机盐溶液，所述第二液体是与所述第一液体不互溶的离子液体；其中，所述第二液体的粘滞系数大于所述第一液体的粘滞系数。
21.可选的，所述无机盐溶液的电导率与所述离子液体的电导率不相等，且所述第一液体与所述纳米孔道的内壁面发生固液反应，使所述纳米孔道的内壁面与所述第一液体接触的区域带电，以对所述第一液体进行离子选择；所述第二液体不与所述纳米孔道的内壁面发生固液反应。
22.本技术实施例还提供了一种兴奋型神经突触器件，所述兴奋型神经突触器件包括如上述任一项实施例所述的液-液界面型忆阻器；
23.其中，所述液-液界面型忆阻器用于作为兴奋型神经突触，在向所述兴奋型神经突触的无机盐溶液端施加正向电压的情况下，所述兴奋型神经突触的电导增加；其中，所述无机盐溶液端是所述第一容器和所述第二容器中的任一容器端，所述无机盐溶液端对应的容器中的液体是无机盐溶液。
24.通过上述实施例，本技术提供了一种液-液界面型忆阻器和一种兴奋型神经突触器件。基于纳米孔道两端容器的连通，由第一容器和第二容器实现两种液体的存储，由孔径和长度均足够小的纳米孔道实现液体不互溶产生的液-液界面的移动。据此，本技术实施例包括以下优点：
25.本技术实施例提供的液-液界面型忆阻器，利用尺寸足够小的纳米孔道实现液-液界面，并容留液-液界面的移动，由于存储液体的容器与纳米孔道的尺寸存在较大差异，则容器段的电阻相较于纳米孔道段的电阻可以忽略不计，由于纳米孔道的长度很短，且为了达到相同的相对电阻变化量，所需的电压脉冲宽度将随着纳米孔道长度平方成反比，因此，
在纳米孔道两端电压改变的情况下，基于电渗流作用下的液-液界面移动所导致的液-液界面型忆阻器获得相同的相对电阻变化量所需要的脉冲时间越来越短，即器件的响应速度更快，极大减少了纳流体界面型忆阻器对操作电压的响应时间。由于纳米孔道尺寸足够小，较小的操作电压便可实现液-液界面的移动，从而减小了操作电压大小。
26.本技术实施例提供的兴奋型神经突触器件，以上述实施例中的液-液界面型忆阻器作为兴奋型神经突触，能够在兴奋型神经突触无机盐溶液端施加正向电压的情况下，快速实现兴奋型神经突触的电导增加，通过快速的增强型响应，实现神经元动作电位的匹配，进而提高人工兴奋型神经突触器件的性能。
附图说明
27.图1是本技术实施例提供的一种液-液界面型忆阻器的结构示意图；
28.图2是本技术实施例提供的一种第一容器的结构示意图；
29.图3是本技术实施例提供的一种纳米孔道的工作层面的结构示意图；
30.图4是本技术实施例提供的一种纳米孔道的硅衬底面的结构示意图；
31.图5是本技术实施例提供的一种液-液界面型忆阻器的原理示例图；
32.图6是本技术实施例提供的一种工作层的侧面结构示意图；
33.图7是本技术实施例提供的又一种液-液界面型忆阻器的结构示意图；
34.图8是本技术实施例提供的一种参比电极的结构示意图；
35.图9是本技术实施例提供的一种硅胶垫的结构示意图；
36.图10是本技术实施例提供的又一种工作层的侧面结构示意图；
37.图11是本技术实施例提供的又一种纳米孔道的硅衬底面的结构示意图；
38.图12是本技术实施例提供的又一种纳米孔道的剖面结构示意图；
39.图13是本技术实施例提供的又一种纳米孔道的工作层面的结构示意图。
40.附图标记：
41.11-纳米孔道；12-悬空支撑部；13-基底部；21-第一容器；22-第二容器；31-硅衬底；41-第一硅胶垫；42-第二硅胶垫；51-第一参比电极；52-第二参比电极。
具体实施方式
42.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
43.下面参考说明书附图，对本技术实施例进行说明：
44.参照图1，图1是本技术实施例提供的一种液-液界面型忆阻器的结构示意图。如图1所示，本技术实施例提供了一种液-液界面型忆阻器，所述液-液界面型忆阻器包括：存储第一液体的第一容器21，存储第二液体的第二容器22，以及位于所述第一容器21和所述第二容器22之间的工作层。
45.优选的，所述第一容器21可以是玻璃容器，所述第二容器22也可以是玻璃容器。
46.优选的，所述工作层可以是氮化硅材料，在液-液界面型忆阻器中可以形成氮化硅
工作层。
47.进一步的，为了便于实现各容器内液体量的调节，所述液-液界面型忆阻器还可以包括：设置在所述第一容器21上的第一注液孔，设置在所述第二容器22上的第二注液孔；其中，所述第一注液孔用于向所述第一容器21注入所述第一液体，所述第二注液孔用于向所述第二容器22注入所述第二液体。
48.参照图2，图2是本技术实施例提供的一种第一容器21的结构示意图。其中，第一容器21和第二容器22都是液-液界面型忆阻器中存储液体的容器，第二容器22的材质和尺寸形状可以与第一容器21一致，且对应设置在工作层两侧。如图2所示，所述第一容器21和所述第二容器22可以是设置有注液孔和一侧开孔的圆柱状容器。其中，所述注液孔可以设置在所述圆柱状容器的圆底面，所述一侧开孔可以设置在所述圆柱状容器的圆周侧面，以便第一容器21和第二容器22以圆周侧面对工作层上的纳米孔道11形成包覆。
49.参照图3，图3是本技术实施例提供的一种纳米孔道11的工作层面的结构示意图。参照图4，图4是本技术实施例提供的一种纳米孔道11的硅衬底面的结构示意图。由于本技术实施例从制备工艺上考虑对表面覆盖有氧化层和氮化层的双抛硅片进行加工得到工作层和硅衬底31，图3和图4分别从工作层面和硅衬底面对纳米孔道11进行了展示，如图3和图4所示，本技术实施例中在第一容器21和第二容器22之间的工作层可以是硅片表面的氧化层和氮化层，也可以是片状的二维材料与硅片表面的氧化层和氮化层，本技术实施例对片状工作层轮廓外形不作进一步限定。
50.其中，所述工作层上设置有连通所述第一容器21和所述第二容器22的纳米孔道11，所述第一容器21和第二容器22上用于连接所述纳米孔道11的开孔的孔径、所述第一容器的腔室尺寸以及所述第二容器的腔室尺寸，是所述纳米孔道11的孔径和长度的至少100倍，所述第一液体的电导率和所述第二液体的电导率不相等且互不相溶，所述第一液体和所述第二液体在所述纳米孔道11中形成液-液界面。
51.具体的，纳米孔道11可以是工作层上的制备精度和尺寸为纳米级的通孔。
52.如图3所示，纳米孔道11可以设置在工作层片状二维材料的中心，或设置在硅片表面的氧化层和氮化层的中心。
53.其中，第一液体和第二液体可以选用互不相溶的液体，以形成液-液界面。第一液体和第二液体可以选用粘滞系数不同的电解质溶液，且第二液体的粘滞系数较大，则当外部电压撤去后，液-液界面位置可以被保留。且第一液体和第二液体可以选用电导率不同的电解质溶液，当液-液界面在纳米孔道中移动时，由于两种液体占比及电导率的不同，可以改变纳米孔道的阻值。
54.为了实现足够低的电压响应时间和较小的操作电压，在可行的制程工艺内，纳米孔道11可以尽可能的小，在一种的可选的实施方式中，所述纳米孔道11的孔径尺寸为1nm至2000nm，所述纳米孔道11的长度为0.1nm至500nm。
55.其中，所述第一容器21和第二容器22上用于连接所述纳米孔道11的开孔的孔径及所述第一容器和第二容器的腔室尺寸，是所述纳米孔道11的孔径和长度的至少100倍，则容器内的沿纳米孔道11方向上径面液体的阻值远小于纳米孔道11两端之间的液体的阻值，进而可以忽略不计，纳米孔道11两端之间的液体的电导可以看作液-液界面型忆阻器的电导。其中，当第一容器21和第二容器22是圆柱形容器时，第一容器21和第二容器22上用于连接
所述纳米孔道11的开孔的孔径也可以是圆柱形容器的圆周侧面开孔的直径。
56.具体的，所述第一容器21和第二容器22上用于连接所述纳米孔道11的开孔的孔径及所述第一容器和第二容器的腔室尺寸，是所述纳米孔道11的孔径的至少100倍，也是所述纳米孔道11的长度的至少100倍。示例性的，纳米孔道11的孔径为5nm，纳米孔道11的长度为2nm，圆柱形容器连接所述纳米孔道11的开孔的孔径，或者，圆柱形容器的圆周侧面直径为5000nm，且圆柱形容器的腔室尺寸至少为5000nm。
57.进一步可选的，所述第一容器21和第二容器22上用于连接所述纳米孔道11的开孔的孔径大小及所述第一容器和第二容器的腔室尺寸，是所述纳米孔道11的孔径大小和长度大小的3个量级以上的倍数。
58.其中，所述纳米孔道11的内壁面在第一液体中发生水解之后，所述纳米孔道11的内壁面带负电，第二液体则无法使纳米孔道的内壁面带电；随着所述纳米孔道11的两个开口端之间所施加的电压的大小的改变，所述液-液界面基于电渗流作用在所述纳米孔道11内移动。
59.优选的，所述第一液体是无机盐溶液，所述第二液体是与所述第一液体不互溶的离子液体；其中，所述第二液体的粘滞系数大于所述第一液体的粘滞系数。
60.优选的，所述纳米孔道11内壁的壁面可以是氧化硅材料。
61.进一步可选的，所述无机盐溶液的电导率与所述离子液体的电导率不相等，且所述第一液体与所述纳米孔道的内壁面发生固液反应，使所述纳米孔道的内壁面与所述第一液体接触的区域带电，以对所述第一液体进行离子选择；所述第二液体不与所述纳米孔道的内壁面发生固液反应。
62.所述无机盐溶液中的无机盐是强电解质，所述离子液体是有机弱电解质，两者的电导率和粘滞系数存在差异，且离子液体的电导率低于无机盐溶液的电导率、且离子液体的粘滞系数大于无机盐溶液的粘滞系数。
63.本技术实施例还提供了一种示例，第一液体可以是氯化钾kcl溶液，第二液体可以是六氟磷酸bmimpf6溶液。
64.参照图5，图5是本技术实施例提供的一种液-液界面型忆阻器的原理示例图。如图5所示，具体的，氧化硅材料可以在无机盐溶液中发生水解，而基本不会在离子液体中发生水解，所述纳米孔道11的氧化硅内壁面处于无机盐溶液中的部分将带负电，所述第二液体则无法使所述纳米孔道11内壁面带电，且无机盐溶液在纳米孔道11的内壁面附近形成带正电的双电荷层，在无机盐溶液端加正向电压的情况下，在电场作用下，电渗流推动液-液界面向存储第二液体的第二容器22方向进行移动，则纳米孔道11内的无机盐溶液增加，孔道内电导率大的溶液占比增加，纳米孔道11的电导将会增加，也即，液-液界面型忆阻器的电导增加。相反，在无机盐溶液端加负向电压的情况下，液-液界面向存储第一液体的第一容器21方向进行移动，则纳米孔道11内的无机盐溶液减少，孔道内电导率大的溶液占比减少，纳米孔道11的电导将会减少，也即，液-液界面型忆阻器的电导减少。
65.并且，电场作用下纳米孔道11内液体的电导发生变化，在撤去操作电压之后，由于离子液体比较大的粘滞系数，液-液界面移动会受到很大的流体阻力，因此液-液界面就在惯性作用下移动一段距离后就会停止移动，此时纳米孔道11的电导在电场作用下发生的变化将定格，即，断开当前操作电压之后，在不重新施加新的操作电压的情况下，液-液界面型
忆阻器的电导将保持不变，实现忆阻器电导随电压改变且能维持电导状态的性能，即非易失性。
66.通过上述实施例，利用尺寸足够小的纳米孔道11与尺寸量级相差较大的容器进行配合，实现液-液界面在小尺寸通道内的移动，能够快速到达与孔道两端的操作电压相对应的液面位置，即能够快速实现液-液界面型忆阻器对施加电压的响应，实现了低延迟响应、低操作电压的液-液界面型忆阻器，提高了忆阻器的性能，有助于拓展液-液界面型忆阻器的应用领域。
67.参照图10，图10是本技术实施例提供的一种工作层的侧面结构示意图。参照图11，图11是本技术实施例提供的又一种纳米孔道的硅衬底面的结构示意图。参照图12，图12是本技术实施例提供的又一种纳米孔道的剖面结构示意图。参照图13，图13是本技术实施例提供的又一种纳米孔道的工作层面的结构示意图。如图10～图13所示，考虑到在理想状况下可以直接采用基底部13设置纳米孔道11，为此，在一种可选的实施方式中，所述工作层包括：基底部13。
68.其中，所述纳米孔道设置在所述基底部内，连通所述第一容器和所述第二容器。
69.其中，所述基底部内的所述纳米孔道是先利用聚焦离子束或介电击穿技术在所述基底部上加工，再通过沉积一层壁面材料获得的。
70.参照图6，图6是本技术实施例提供的一种工作层的侧面结构示意图。如图6所示，考虑到纳米孔道11的长度需要是较小的数量级，才可以实现液-液界面的快速移动，比如达到10nm，而工作层的厚度若与纳米孔道11的长度一致，可能难以实现制备，机械性能也不佳，导致与第一容器21和第二容器22的连接性较差，或所述工作层直接断裂。因此，在一种可选的实施方式中，本技术还提供了一种工作层，所述工作层包括：基底部13和悬空支撑部12。
71.其中，所述纳米孔道设置在所述悬空支撑部内，所述基底部13上设置有通孔，所述悬空支撑部正对所述基底部13，且从所述基底部13的一侧表面与所述基底部13连接；所述纳米孔道正对所述基底部13上的通孔；其中，所述纳米孔道经由所述基底部13上的通孔，连通所述第一容器和所述第二容器。
72.其中，所述悬空支撑部是在所述基底部13的通孔所在区域通过转移得到的二维材料；其中，所述纳米孔道是利用聚焦离子束在所述二维材料上加工，再沉积一层壁面材料获得的。
73.具体的，纳米孔道11是悬空支撑部12上的通孔，悬空支撑部12的厚度与纳米孔道11的长度一致，基底部13的厚度则不作限制，比如可以是100nm～500nm。
74.其中，基底部13的材料可以是双抛硅片表面的氧化硅材料，悬空支撑部12可以是二维材料。
75.通过上述实施例，在工作层上设置纳米孔道11，工作层上只有悬空支撑部12的厚度与纳米孔道11一致即可，工作层的基底部13整体厚度并不会影响到液-液界面的移动速度，同时保障了液-液界面型忆阻器的电压响应速度、工作层的制备容易程度以及工作层对两侧容器的支撑性能。
76.进一步的，考虑到纳米的孔道的制备难易程度，悬空支撑部12可以选用薄化的二维材料，在一种可选的实施方式中，本技术还提供了一种工作层，其中，所述悬空支撑部12
是在所述基底部13的通孔所在区域通过转移得到的二维材料；其中，所述纳米孔道11是利用聚焦离子束在所述二维材料上加工，再沉积一层壁面材料获得的。
77.参照图7，图7是本技术实施例提供的又一种液-液界面型忆阻器的结构示意图。如图7所示，为了便于实现液-液界面型忆阻器的整体制备，将半导体加工基于硅衬底31之上进行，本技术实施例从制备工艺上考虑对表面覆盖有氧化层和氮化层的双抛硅片进行加工得到工作层和硅衬底31，在一种可选的实施方式中，本技术还提供了一种液-液界面型忆阻器，所述液-液界面型忆阻器还包括：设置有通孔的硅衬底31；其中，所述硅衬底31位于所述工作层和所述第一容器21之间，或者，位于所述工作层和所述第二容器22之间。
78.硅衬底31的通孔连通纳米孔道11和容器的开孔，同样为了降低硅衬底31的通孔内的液体的电阻，其中，所述硅衬底上的通孔的两端开口的孔径大小不相等，且所述两端开口中的较小开口连接所述基底部上的纳米孔道11，或经由所述基底部上的通孔连接所述悬空支撑部上的纳米孔道，且所述两端开口中的较大开口连接所述第一容器21或者所述第二容器22。
79.由此，硅衬底31的通孔可以在衔接好纳米孔道11和容器的情况下，完成孔到孔之间自然的过渡，且尽量减少对忆阻器电导的影响。
80.其中，硅衬底31和工作层可以是对同一片双面抛光的硅片加工得到的，或者，硅衬底31和工作层中的基底部可以是对同一片双面抛光的硅片加工得到的。
81.如图7所示，在一种可选的实施方式中，本技术还提供了一种液-液界面型忆阻器，所述液-液界面型忆阻器还包括：在所述第一容器21中浸入设置有所述第一液体中的第一参比电极51,在所述第二容器22中浸入设置有所述第二液体中的第二参比电极52。
82.所述第一参比电极51和所述第二参比电极52经由所述第一液体和所述第二液体，形成串接所述纳米孔道11中的液体的电路回路。
83.参照图8，图8是本技术实施例提供的一种参比电极的结构示意图。如图8所示，参比电极可以是长条状，以便通过注液孔浸入容器中的液体，进而为液-液界面型忆阻器两端提供操作电压。具体的，液-液界面型忆阻器两端的操作电压，即可通过第一参比电极51和第二参比电极52输入，由于容器尺寸与纳米孔道11孔径尺寸存在量级差异，则容器内液体的阻值可以忽略不计，可以看作通过第一参比电极51和第二参比电极52直接对纳米孔道11两端施加电压。其中，第一参比电极51和第二参比电极52的材质和尺寸形状可以是相同的。
84.如图7所示，在一种可选的实施方式中，本技术还提供了一种液-液界面型忆阻器，所述液-液界面型忆阻器还包括：设置在所述工作层和所述第一容器21之间的第一硅胶垫41和设置在所述硅衬底31和所述第二容器22之间的第二硅胶垫42，或者，设置在所述工作层和所述第二容器22之间的第一硅胶垫41和设置在所述硅衬底31和所述第一容器21之间的第二硅胶垫42。
85.参照图9，图9是本技术实施例提供的一种硅胶垫的结构示意图。如图9所示，其中，所述第一硅胶垫41和所述第二硅胶垫42上设置有通孔。其中，第一硅胶垫41和第二硅胶垫42的材质和尺寸形状可以是相同的。
86.其中，硅胶垫可以起到密封作用，使纳米孔道11经由基底部13上的通孔和硅衬底31上的通孔，与两侧的第一容器21和第二容器22进行紧密连接，防止漏液。
87.其中，工作层一侧的硅胶垫上的通孔可以大于工作层尺寸。而硅衬底31一侧的硅
胶垫上的通孔也可以大于硅衬底31上的通孔的两端开口中的较大开口，以便起到密闭作用的同时不影响到两端的连通。
88.在一种可选的实施方式中，本技术还提供了一种方法，所述纳米孔道11的内壁面是氧化硅材料；其中，所述纳米孔道11的内壁面是利用聚焦离子束或介电击穿技术在所述工作层上加工获得孔道，并在该孔道上进行ald沉积获得的。
89.工作层示例性的，当工作层是氧化硅材料，通过聚焦离子束fib可以在工作层上制备出精度和尺寸为纳米级的纳米孔道11通孔。
90.当工作层包括氮化硅材料和氧化硅材料，通过聚焦离子束fib可以在工作层上制备出精度和尺寸为纳米级的纳米孔道11所在的通孔，并通过ald原子层沉积在该通孔内得到内壁面材料为氧化硅的纳米孔道11。
91.结合上述实施例，以制备内壁面材料为氧化硅的纳米孔道11为例，本技术实施例还提供了一种制备如上述任一项实施例所述的液-液界面型忆阻器的方法示例，包括：
92.步骤s101，根据预先设置的版图，从双抛硅片的一侧表面对双抛硅片进行光刻；其中，双抛硅片可以是上表面为氮化层、下表面为氧化层的双面抛光的硅片；其中，氮化层可以是氮化硅材料，氧化层可以是氧化硅材料；
93.步骤s102，从双抛硅片进行过光刻的表面对双抛硅片的氮化层和氧化层进行显影和刻蚀，制备得到硅衬底31上通孔的两端开口中的较大开口，并进行干法去胶；
94.步骤s103，从双抛硅片进行过显影和刻蚀的该侧表面，利用氢氧化钾koh对硅片进行硅衬底腐蚀，腐蚀至双抛硅片未进行过光刻和刻蚀的另一侧表面的氧化层停止，再进行去钾离子k+清洗，制备得到硅衬底31上的通孔及通孔的两端开口中的较小开口；
95.步骤s104，从双抛硅片未进行过光刻和刻蚀的另一侧表面的氮化层表面通过聚焦离子束fib得到氮化层和氧化层上的纳米孔道11，从而得到带纳米孔道11通孔的工作层；其中，工作层上的纳米孔道11通孔与硅衬底31上的通孔图形是对准的；
96.步骤s105，在悬空工作层上利用ald(atomic layer deposition)原子层沉积一层二氧化硅，制备得到内壁面是氧化硅材料的纳米孔道11。
97.步骤s106，将制备得到纳米孔道11和硅衬底31通孔的双抛硅片分别通过两片带孔的硅胶垫夹在两个玻璃容器之间，得到如图11-13所示的液-液界面型忆阻器；其中，该液-液界面型忆阻器可以作为纳米孔道兴奋型神经突触器件，随着纳米孔道11第一液体端施加正向电压，纳米孔道11内液体的电导也相应增加，实现兴奋型的人工神经突触功能。
98.通过上述实施例，以双抛硅片配合传统的刻蚀和更高精度的聚焦离子束工艺，将纳米孔道11作为容留液体和液体移动的空间，实现了能够快速响应电压改变器件电导的液-液界面型忆阻器的制备，也即，实现了低延迟、低操作电压的纳米孔道兴奋型神经突触器件的制备，可用于实现神经元动作电位的匹配，提高兴奋型人工神经突触器件的性能。
99.考虑到上述实施例提供的液-液界面型忆阻器，能够对外界给与的操作电压反馈增强型响应，即，第一液体端加正向电压，液-液界面型忆阻器的电导增加，且响应时间延迟低、操作电压小，可以用作人工神经突触器件使用，因此，基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种兴奋型神经突触器件，所述兴奋型神经突触器件包括如上述任一项实施例所述的液-液界面型忆阻器；
100.其中，所述液-液界面型忆阻器用于作为兴奋型神经突触，在向所述兴奋型神经突
触的无机盐溶液端施加正向电压的情况下，所述兴奋型神经突触的电导增加；其中，所述无机盐溶液端是所述第一容器和所述第二容器中的任一容器端，所述无机盐溶液端对应的容器中的液体是无机盐溶液。
101.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
102.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
103.以上对本技术所提供的一种液-液界面型忆阻器和一种兴奋型神经突触器件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
104.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
105.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术提供的说明书附图展示的结构仅仅用作示意，同样不对本技术所提供的实施例的具体尺寸或位置结构造成范围的限制。本技术的范围仅由所附的权利要求来限制。
106.本文中所称的“一个实施例”、“实施例”或者“一个或者多个实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本技术的至少一个实施例中。此外，请注意，这里“在一个实施例中”的词语例子不一定全指同一个实施例。
107.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
108.在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本技术可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
109.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。
技术特征：1.一种液-液界面型忆阻器，其特征在于，包括：存储第一液体的第一容器，存储第二液体的第二容器，以及位于所述第一容器和所述第二容器之间的工作层；其中，所述工作层上设置有连通所述第一容器和所述第二容器的纳米孔道，所述第一容器和第二容器上用于连接所述纳米孔道的开孔的孔径、所述第一容器的腔室尺寸以及所述第二容器的腔室尺寸，是所述纳米孔道的孔径和长度的至少100倍，所述第一液体的电导率和所述第二液体的电导率不相等且互不相溶，所述第一液体和所述第二液体在所述纳米孔道中形成液-液界面；其中，所述纳米孔道的内壁面在所述第一液体中发生水解之后，所述纳米孔道的内壁面带负电；随着所述纳米孔道的两个开口端之间所施加的电压的大小的改变，所述液-液界面基于电渗流作用在所述纳米孔道内移动。2.根据权利要求1所述的液-液界面型忆阻器，其特征在于，所述工作层包括：基底部；其中，所述纳米孔道设置在所述基底部内，连通所述第一容器和所述第二容器；其中，所述基底部内的所述纳米孔道是先利用聚焦离子束或介电击穿技术在所述基底部上加工，再通过沉积一层壁面材料获得的。3.根据权利要求1所述的液-液界面型忆阻器，其特征在于，所述工作层包括：基底部和悬空支撑部；其中，所述纳米孔道设置在所述悬空支撑部内，所述基底部上设置有通孔，所述悬空支撑部正对所述基底部，且从所述基底部的一侧表面与所述基底部连接；所述纳米孔道正对所述基底部上的通孔；其中，所述纳米孔道经由所述基底部上的通孔，连通所述第一容器和所述第二容器；其中，所述悬空支撑部是在所述基底部的通孔所在区域通过转移得到的二维材料；其中，所述纳米孔道是利用聚焦离子束在所述二维材料上加工，再沉积一层壁面材料获得的。4.根据权利要求3所述的液-液界面型忆阻器，其特征在于，所述液-液界面型忆阻器还包括：设置有通孔的硅衬底；其中，所述硅衬底位于所述工作层和所述第一容器之间，或者，位于所述工作层和所述第二容器之间；其中，所述硅衬底上的通孔的两端开口的孔径大小不相等，且所述两端开口中的较小开口连接所述基底部上的纳米孔道，或经由所述基底部上的通孔连接所述悬空支撑部上的纳米孔道，且所述两端开口中的较大开口连接所述第一容器或者所述第二容器。5.根据权利要求4所述的液-液界面型忆阻器，其特征在于，所述液-液界面型忆阻器还包括：设置在所述工作层和所述第一容器之间的第一硅胶垫和设置在所述硅衬底和所述第二容器之间的第二硅胶垫，或者，设置在所述工作层和所述第二容器之间的第一硅胶垫和设置在所述硅衬底和所述第一容器之间的第二硅胶垫；其中，所述第一硅胶垫和所述第二硅胶垫上设置有孔中心轴与所述纳米孔道的孔中心轴一致的通孔。6.根据权利要求1所述的液-液界面型忆阻器，其特征在于，所述纳米孔道的内壁面是氧化硅材料。7.根据权利要求1所述的液-液界面型忆阻器，其特征在于，所述纳米孔道的孔径尺寸为1nm至2000nm，所述纳米孔道的长度为0.1nm至500nm。8.根据权利要求1所述的液-液界面型忆阻器，其特征在于，所述第一液体是无机盐溶液，所述第二液体是与所述第一液体不互溶的离子液体；其中，所述第二液体的粘滞系数大
于所述第一液体的粘滞系数。9.根据权利要求8所述的液-液界面型忆阻器，其特征在于，所述无机盐溶液的电导率与所述离子液体的电导率不相等，且所述第一液体与所述纳米孔道的内壁面发生固液反应，使所述纳米孔道的内壁面与所述第一液体接触的区域带电，以对所述第一液体进行离子选择；所述第二液体不与所述纳米孔道的内壁面发生固液反应。10.一种兴奋型神经突触器件，其特征在于，所述兴奋型神经突触器件包括如权利要求1-9任一项所述的液-液界面型忆阻器；其中，所述液-液界面型忆阻器用于作为兴奋型神经突触，在向所述兴奋型神经突触的无机盐溶液端施加正向电压的情况下，所述兴奋型神经突触的电导增加；其中，所述无机盐溶液端是所述第一容器和所述第二容器中的任一容器端，所述无机盐溶液端对应的容器中的液体是无机盐溶液。
技术总结本申请实施例提供了一种液-液界面型忆阻器，包括：存储第一液体的第一容器，存储第二液体的第二容器，以及位于第一容器和第二容器之间的工作层；其中，工作层上设置有连通第一容器和第二容器的纳米孔道；第一容器和第二容器的腔室尺寸，是纳米孔道的孔径和长度的至少100倍，第一液体和第二液体电导率不同且互不相溶，在纳米孔道中形成液-液界面；纳米孔道的内壁面在第一液体中发生水解之后带负电；随着纳米孔道的两个开口端之间所施加的电压的大小的改变，液-液界面基于电渗流作用在纳米孔道内移动。本申请实施例基于容器和纳米孔道，能快速实现纳流体界面型忆阻器对电压的增强型响应，可用于提高兴奋型人工神经突触器件的性能。性能。性能。
技术研发人员：李沛玥 张盼 王玮 郭业昌
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
