人工突触器件和人工突触器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种人工突触器件和人工突触器件的制备方法，该人工突触器件包括：柔性衬底；一对电极，在平行于柔性衬底的平面内相对设置；阻变层，包括依次设置的第一子层和第二子层；第一子层分别覆盖两个电极的部分区域，第二子层在柔性衬底上的垂直投影与第一子层在柔性衬底上的垂直投影重合；其中，第一子层包括二维材料或一维材料，第二子层包括离子导电型的聚合物电解质材料；第二子层的离子种类、离子浓度以及迁移率可调控。本发明专利技术实施例提供的技术方案，能较好地模拟生物突触的工作机制，通过对第二子层的调控，可模拟生物体中不同种类的离子、生物配体等；第一子层也可模拟细胞膜内生物受体的功能，从突触工作机制角度实现仿生设计。度实现仿生设计。度实现仿生设计。

【技术实现步骤摘要】
人工突触器件和人工突触器件的制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及仿生人工突触器件以及类生物感知系统
，尤其涉及一种人工突触器件和人工突触器件的制备方法。

技术介绍

[0002]人工智能技术的发展为人机交互、感知系统及机器人假肢的控制等带来了革命性变化，同时对复杂数据的处理和人机交互界面提出了新的要求。不同于目前基于软件系统和冯
·
诺依曼构架实现的神经网络，人脑运算方式具有高效率和低功耗的特点。因此，在硬件层面上模拟人脑的神经拟态器件，对构建新的运算系统具有重要意义。此外，由于神经拟态器件能够将传感器数字信号转变成与类神经模拟信号，有望实现与生物神经信号的兼容，构建智能、高效的人机交互界面。因此，神经形态器件受到了广泛研究，其相关材料、制备工艺和器件结构不断得到优化。
[0003]忆阻器与生物突触相似的结构和工作机制，近年来在(仿生)人工突触领域受到广泛关注。生物体中神经元的连接强度可以通过突触权重的变化进行调节，Na
+
、Ca
2+
和K
+
在突触权重的调节和突触信号的传递中起着重要作用，每个神经元大约与周围103个突触相互关联，因此对于生物神经系统的模拟是十分复杂的，而且很难到达理想的状态。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种人工突触器件和人工突触器件的制备方法，以较好地模拟生物突触的工作机制，通过对第二子层的调控，可模拟生物体中不同种类的离子、生物配体等；第一子层也可模拟细胞膜内生物受体的功能，从突触工作机制角度实现仿生设计。
[0005]本专利技术实施例提出一种人工突触器件，该人工突触器件包括：
[0006]柔性衬底；
[0007]两个电极，设置于所述柔性衬底一侧，且在平行于所述柔性衬底的平面内相对设置；
[0008]阻变层，包括第一子层和第二子层，所述第一子层位于所述第二子层靠近所述柔性衬底的一侧；所述第一子层分别覆盖两个所述电极的部分区域，所述第二子层在所述柔性衬底上的垂直投影与所述第一子层在所述柔性衬底上的垂直投影重合；
[0009]其中，所述第一子层包括二维材料或一维材料，所述第二子层包括离子导电型的聚合物电解质材料；所述第二子层的离子种类、离子浓度以及迁移率可调控。
[0010]在一实施例中，所述第一子层包括表面官能团和表面缺陷；
[0011]所述表面官能团由化学方法进行调控，所述表面缺陷由物理方法进行调控。
[0012]在一实施例中，所述第二子层还包括掺杂物质、塑化剂和纳米颗粒；
[0013]所述离子种类由所述掺杂物质的种类决定；所述离子浓度和所述迁移率由所述塑化剂和所述纳米颗粒的掺杂浓度进行调控。
[0014]在一实施例中，所述电极的厚度为40nm-150nm。
[0015]在一实施例中，所述柔性衬底表面采用等离子界面处理或者紫外亲水处理。
[0016]在一实施例中，所述柔性衬底的材料包括具有柔性和生物兼容性的聚合物材料或生物材料。
[0017]在一实施例中，所述柔性衬底的厚度为10μm-20μm。
[0018]本专利技术实施例还提供了上述任一种人工突触器件在类神经拟态器件、神经网络算法基本单元器件以及智能仿生感知系统的应用。
[0019]本专利技术实施例还提供了一种人工突触器件的制备方法，该制备方法用于形成上述任一种人工突触器件，该制备方法包括：
[0020]提供硬质衬底；
[0021]在所述硬质衬底一侧形成柔性衬底；
[0022]在所述柔性衬底背离所述硬质衬底的一侧形成所述电极；
[0023]在所述电极背离所述柔性衬底一侧形成所述第一子层；
[0024]在所述第一子层背离所述柔性衬底一侧形成所述第二子层；
[0025]分离所述柔性衬底与所述硬质衬底。
[0026]在一实施例中，在所述柔性衬底背离所述硬质衬底的一侧形成所述电极之前还包括：
[0027]对所述柔性衬底表面进行等离子体界面处理；
[0028]在所述柔性衬底背离所述硬质衬底的一侧形成所述电极之后，且在所述电极背离所述柔性衬底一侧形成所述第一子层之前还包括：
[0029]对所述柔性衬底表面进行等离子亲水处理或紫外亲水处理；
[0030]在所述电极背离所述柔性衬底一侧形成所述第一子层之后，且在所述第一子层背离所述柔性衬底一侧形成所述第二子层之前还包括：
[0031]采用化学方法对所述第一子层的表面官能团进行调控，以及采用物理方法对所述第一子层的表面缺陷进行调控。
[0032]本专利技术实施例提供的人工突触器件，通过设置柔性衬底；两个电极，设置于柔性衬底一侧，且在平行于柔性衬底的平面内相对设置；阻变层，包括第一子层和第二子层，第一子层位于第二子层靠近柔性衬底的一侧；第一子层分别覆盖两个电极的部分区域，第二子层在柔性衬底上的垂直投影与第一子层在柔性衬底上的垂直投影重合；其中，第一子层包括二维材料或一维材料，第二子层包括离子导电型的聚合物电解质材料；第二子层的离子种类、离子浓度以及迁移率可调控；从而能较好地模拟生物突触的工作机制，通过对第二子层的调控，可模拟生物体中不同种类的离子、生物配体等；第一子层也可模拟细胞膜内生物受体的功能，进而可从突触工作机制角度实现仿生设计。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本专利技术实施例提供的一种人工突触器件的结构示意图；
[0035]图2是本专利技术实施例提供的人工突触器件中的忆阻器的电流-电压特性曲线图；
[0036]图3是本专利技术实施例提供的人工突触器件中的忆阻器在脉冲刺激下模拟突触后信号的响应示意图；
[0037]图4是本专利技术实施例提供的一种人工突触器件的制备方法的流程示意图；
[0038]图5是本专利技术实施例提供的另一种人工突触器件的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]相关技术中，利用忆阻器结构上的相似性模拟神经突触功能是一种简单且有效的方法，目前已经能够实现如短期可塑性、长期可塑性等部分基本的生物突触行为，但是，深入的机理仍有待挖掘，以便从工作机制上理解和模拟神经突触工作原理，在稳定性和能耗等方面提升器件性质，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工突触器件，其特征在于，包括：柔性衬底；两个电极，设置于所述柔性衬底一侧，且在平行于所述柔性衬底的平面内相对设置；阻变层，包括第一子层和第二子层，所述第一子层位于所述第二子层靠近所述柔性衬底的一侧；所述第一子层分别覆盖两个所述电极的部分区域，所述第二子层在所述柔性衬底上的垂直投影与所述第一子层在所述柔性衬底上的垂直投影重合；其中，所述第一子层包括二维材料或一维材料，所述第二子层包括离子导电型的聚合物电解质材料；所述第二子层的离子种类、离子浓度以及迁移率可调控。2.根据权利要求1所述的人工突触器件，其特征在于：所述第一子层包括表面官能团和表面缺陷；所述表面官能团由化学方法进行调控，所述表面缺陷由物理方法进行调控。3.根据权利要求1所述的人工突触器件，其特征在于，所述第二子层还包括掺杂物质、塑化剂和纳米颗粒；所述离子种类由所述掺杂物质的种类决定；所述离子浓度和所述迁移率由所述塑化剂和所述纳米颗粒的掺杂浓度进行调控。4.根据权利要求1所述的人工突触器件，其特征在于，所述电极的厚度为40nm-150nm。5.根据权利要求1所述的人工突触器件，其特征在于，所述柔性衬底表面采用等离子界面处理或者紫外亲水处理。6.根据权利要求1所述的人工突触器件，其特征在于，所述柔性衬底的材料包括具有柔性和生物兼容性的聚合物材料或生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：张珽，陆骐峰，孙富钦，王子豪，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：