一种光电双调制的二维柔性神经突触器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种光电双调制的二维柔性神经突触器件及其制备方法。该光电双调制的二维柔性神经突触器件包括：涂覆有电极的柔性衬底；阻挡层，电荷俘获层和隧穿层，自下而上依次形成在所述电极上；作为沟道的二维材料，间隔分布在所述隧穿层上；源电极和漏电极，分别形成在所述二维材料上，并与所述隧穿层相接触，其中，所述二维材料的电导值用于模拟神经突触中的权重值，利用电脉冲与光脉冲刺激可实现仿生神经突触特性的模拟。通过将二维材料优异的光电响应特性、机械柔韧性与柔性神经突触器件相结合，从而实现灵活的光电双模式调节。从而实现灵活的光电双模式调节。从而实现灵活的光电双模式调节。

【技术实现步骤摘要】
一种光电双调制的二维柔性神经突触器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种光电双调制的二维柔性神经突触器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的电子芯片多以硅片晶圆作为衬底，难以应用在可穿戴式、可植入电子领域。柔性电子器件具有可弯折、灵活性优、质量轻、便于携带、易整合等优点而被逐渐重视。
[0003]传统的冯诺依曼式计算构架受到存储单元与计算处理单元分离的限制，具有功耗高、存算速度不匹配等问题。受人脑启发，类人脑神经突触器件具有存算一体的优势，可高效、节能、快速地模拟人脑功能、完成计算与存储任务，成为解决冯诺依曼瓶颈的重要途径。
[0004]基于过渡金属硫化物的二维材料体系具有原子尺寸厚度、低功耗、高迁移率、低亚阈值摆幅等优势，在电子器件领域的应用逐渐增加。特别是基于二维材料的神经突触器件已显露出优异的仿人脑特性与低功耗特性。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开一种光电双调制的二维柔性神经突触器件，包括：涂覆有电极的柔性衬底；阻挡层，电荷俘获层和隧穿层，自下而上依次形成在所述电极上；作为沟道的二维材料，间隔分布在所述隧穿层上；源电极和漏电极，分别形成在所述二维材料上，并与所述隧穿层相接触，其中，所述二维材料的电导值用于模拟神经突触中的权重值，利用电脉冲与光脉冲刺激可实现仿生神经突触特性的模拟。
[0006]本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件中，优选为，所述阻挡层的厚度是15nm～30nm；所述电荷俘获层的厚度是5nm～15nm；所述隧穿层的厚度是3nm～8nm。
[0007]本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件中，优选为，所述电荷俘获层为ZrO2薄膜。
[0008]本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件中，优选为，所述二维材料为WS2、MoS2、WSe2或MoSe2。
[0009]本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件中，优选为，所述二维材料的厚度为1nm～15nm。
[0010]本专利技术还公开一种光电双调制的二维柔性神经突触器件制备方法，包括以下步骤：提供涂覆有电极的柔性衬底；依次形成阻挡层，电荷俘获层和隧穿层；利用机械剥离法形成二维材料作为沟道；形成源电极和漏电极，其中，所述二维材料的电导值用于模拟神经突触中的权重值，利用电脉冲与光脉冲刺激可实现仿生神经突触特性的模拟。
[0011]本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件制备方法中，优选为，所述阻挡层的厚度是15nm～30nm；所述电荷俘获层的厚度是5nm～15nm；所述隧穿层的厚度是3nm～8nm。
[0012]本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件制备方法中，优选为，所述电荷俘
获层为ZrO2薄膜。
[0013]本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件制备方法中，优选为，所述二维材料为WS2、MoS2、WSe2或MoSe2。
[0014]本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件制备方法中，优选为，所述二维材料的厚度为1nm～15nm。
[0015]本专利技术将二维材料优异的光电响应特性、机械柔韧性与柔性神经突触器件相结合，从而实现灵活的光电双模式调节，对于多端神经突触特性的模拟具有极大帮助。此外，利用低温原子层沉积技术在柔性衬底可以承受的温度范围内实现电荷俘获层的生长，获得具有高质量的功能层，对柔性神经突触器件的发展具有重要意义。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件制备方法流程图。
[0017]图2～图4是本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件制备方法的各步骤的结构示意图。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0020]此外，在下文中描述了本专利技术的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本专利技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
[0021]图1是本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件制备方法流程图。图2～图4是本专利技术的光电双调制的二维柔性神经突触器件制备方法的各步骤的结构示意图。
[0022]在步骤S1中，准备一片商用的涂覆有氧化铟锡(ITO)电极101的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性衬底100，尺寸例如是1.5cm
×
1.5cm。依次利用丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗2min，用于制备柔性光电调制神经突触器件。
[0023]在步骤S2中，利用原子层沉积设备(ALD)在准备好的PET/ITO衬底100上依次淀积20nm厚的Al2O3薄膜，8nm厚的ZrO2薄膜和5nm厚的Al2O3薄膜，分别作为阻挡层102，电荷俘获层103和隧穿层104，所得结构如图2所示。其中，阻挡层102的厚度可以是15nm～30nm。如果厚度过厚，容易导致操作电压过大。如果厚度过薄，容易出现漏电的问题。电荷俘获层103的
厚度范围可取5nm～15nm；隧穿层104的厚度范围可取3nm～8nm。如果厚度过厚，沟道中的电荷难以隧穿进入俘获层。如果厚度过薄，俘获层的电荷难以保持，容易回到沟道，从而难以保持存储状态。腔体温度范围可取100℃～130℃。
[0024]在步骤S3中，利用机械剥离法形成10nm厚的二维材料MoS2作为沟道材料105，所得结构如图3所示。但是本专利技术不限定于此，还可以采用WS2，WSe2，MoSe2等二维材料作为沟道材料。厚度范围可取1nm～15nm。如果厚度过厚容易出现器件无法关断的情况。如果厚度过薄，容易在柔性衬底上断裂而导致器件失效。
[0025]在步骤S4中，利用电子束曝光定义源漏区域，使用物理气相沉积(PVD)生长10nmTi/50nmPt作为源电极106和漏电极107，形成光电双调制的二维柔性神经突触器件，所得结构如图4所示。源电极106的一部分形成在二维材料105的表面，另一部分形成在隧穿层104上；漏电极107的一部分形成在二维材料105的表面，另一部分形成在隧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电双调制的二维柔性神经突触器件，其特征在于，包括：涂覆有电极的柔性衬底；阻挡层，电荷俘获层和隧穿层，自下而上依次形成在所述电极上；作为沟道的二维材料，间隔分布在所述隧穿层上；源电极和漏电极，分别形成在所述二维材料上，并与所述隧穿层相接触，其中，所述二维材料的电导值用于模拟神经突触中的权重值，利用电脉冲与光脉冲刺激可实现仿生神经突触特性的模拟。2.根据权利要求1所述的光电双调制的二维柔性神经突触器件，其特征在于，所述阻挡层的厚度是15nm～30nm；所述电荷俘获层的厚度是5nm～15nm；所述隧穿层的厚度是3nm～8nm。3.根据权利要求1所述的光电双调制的二维柔性神经突触器件，其特征在于，所述电荷俘获层为ZrO2薄膜。4.根据权利要求1所述的光电双调制的二维柔性神经突触器件，其特征在于，所述二维材料为WS2、MoS2、WSe2或MoSe2。5.根据权利要求1所述的光电双调制的二维柔性神经突触器件，其特征在于，所述二维材料的厚度为1nm～15n...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，孟佳琳，王天宇，孙清清，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：