一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件。该仿生器件包括：下电极层、制备在下电极层上的主链具有正电荷基团的正电荷高分子电解质层和在其上方的主链具有负电荷基团的负电荷高分子电解质层所构成的双层结构薄膜及上方的上电极层；下电极层包括基底和位于基底上方的第一电极层；上电极层即为第二电极层；正、负电荷高分子电解质薄膜均通过旋涂法制备而成。本发明专利技术的神经突触仿生器件具有制备方法简单快速、所用材料价格低廉且无污染、可在柔性基底上制备、亦可制备成透明器件、能够高效模拟神经突触功能且具有可塑性等优势。塑性等优势。塑性等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件


[0001]本专利技术涉及突触仿生器件
，特别是涉及一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件。

技术介绍

[0002]因人类大脑工作高效性的影响，作为大脑工作的物理层次第一个重要阶段的神经突触模拟受到越来越多的关注。神经突触是神经元之间进行接触并传递信息的重要部位。生物系统的学习和记忆功能是基于精确控制神经元及突触间的离子流。神经递质与后膜上的受体结合改变受体构象，使突触后膜电位发生相应变化，突触前神经元将变化传递给了突触后神经元以产生兴奋或抑制。在一定电信号的刺激下突触发生变化，达到神经元间的联系强度增强或者减弱的效果，使其具有可塑性。
[0003]类生物突触仿生电子是在对二端器件的研究基础上发展起来的。自2008年忆阻器的出现及其具备的类突触的多阻态性能引起了电子学科的关注。忆阻器根据器件的工作机理、开关的区域、结构形状，可以大体分为导电细丝型(filament type)、界面型(interface type)和体型(bulktype)。根据忆阻器在工作中迁移粒子的类型，又可分为阳离子器件、阴离子器件和双离子器件。但是像忆阻器这样的二端器件所具有的相对过于简单的器件结构，在选择合适的活性层材料与刺激信号设置及讨论器件工作机理时时常伴随极大的挑战。因此，有必要提出一种材料简单、结构合理、工作机理更加清晰的忆阻器器件应用于类生物突触仿生研究中。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是针对现阶段基于忆阻器的神经突触仿生器件在选择活性层材料与刺激信号设计时的困难及器件工作原理中存在的不确定性，提出一种新型的材料简单、结构合理及工作机理明确的神经突触仿生器件，以实现通过准确的刺激信号来精确控制材料体系阻态，进而能够高效模拟神经突触功能且具有可塑性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件，包括：下电极层、制备在所述下电极层上的高分子电解质双层薄膜层(包括正电荷高分子电解质层和负电荷高分子电解质层，且二者上下位置可以互换)和位于高分子电解质双层薄膜层上方的上电极层；
[0007]所述下电极层包括基底和位于所述基底上方的第一电极层；所述上电极层即为第二电极层。
[0008]可选的，所述正电荷高分子电解质层包括主链上带正电荷基团的高分子电解质聚乙烯亚胺、聚烯丙基胺盐酸盐或聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种。
[0009]可选的，所述负电荷高分子电解质层包括主链上带负电荷基团的高分子电解质聚丙烯酸或聚4
‑
苯乙烯磺酸中的一种。
[0010]可选的，所述基底可以是硅片、玻璃、PET或PI等常用基底。
[0011]可选的，所述下电极层和所述上电极层的厚度均为50～500nm。
[0012]可选的，所述高分子电解质双层薄膜层的厚度为3～20nm(其中，正电荷、负电荷高分子电解质层厚度均为1～10nm)。
[0013]本专利技术的优点及有益效果
[0014]本专利技术提出了一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件。本专利技术将正、负高分子电解质双层作为阻变功能层，在正电荷高分子电解质层与负电荷高分子电解质层界面出现电荷分离产生的电场势垒。在所加电压作用下，高分子电解质层中的对离子及正、负电荷基团的移动导致的高分子电解质的主链发生迁移现象，致使界面电场势垒发生变化而产生功能层的阻态变化。该现象能够模仿生物突触的特性，其高低阻态发生缓慢变化且范围稳定；出现多个稳定阻态并具有良好的保持特性，在重复施加电脉冲刺激时，电阻能极好地重复进行高低阻转变；实现了通过电场来精确控制体系阻变功能层结构，来调控材料阻态，进而能够高效模拟神经突触功能且具有可塑性；制作工艺简单、性能稳定，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件的结构示意图；
[0016]图2为本专利技术实施例在低阻和高阻两种状态下高分子电解质双层薄膜层结构示意图。
[0017]图3为本专利技术实施例在使用ITO透明电极作为电极层制备出的器件时的实际测得的I
‑
V曲线图。
[0018]图4为本专利技术实施例在使用ITO透明电极作为电极层制备出的器件时的实际测得的低高阻数值与读取时间曲线图。
具体实施方式
[0019]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，显然，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0021]图1为本专利技术实施例一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件的结构示意图。
[0022]参见图1，实施例的基于高分子电解质的神经突触仿生器件，包括：下电极层3、沉积在所述下电极层3上的高分子电解质双层薄膜层2和位于所述高分子电解质双层薄膜层2上方的上电极层1；所述下电极层3包括基底3
‑
2和位于所述基底3
‑
2上方的第一电极层3
‑
1；所述上电极层1即为第二电极层；所述高分子电解质双层薄膜层2包括位于所述下电极层3上方的正电荷高分子电解质层2
‑
2和位于正电荷高分子电解质层2
‑
2上方的负电荷高分子电解质层2
‑
1。
[0023]作为一种可选的实施方式，所述基底为硅片、玻璃、PET或PI等常用基底中的一种。
[0024]作为一种可选的实施方式，所述下电极层3和所述上电极层1的厚度均为50～500nm。
[0025]作为一种可选的实施方式，所述高分子电解质双层薄膜层2的厚度为3～20nm。
[0026]本实施例基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件的原理为：
[0027]所述高分子电解质双层结构形成时，在双层接触界面间形成耗尽层并产生势垒阻碍离子移动，形成高阻状态；通电后，在电场作用下，高分子电解质双层界面间的高分子链发生移动使耗尽层消失，形成低阻状态。在此基础上，相反电场作用下高分子电解质链又会恢复到最初状态形成耗尽层使电阻变成高阻态。如图2所示，其中图2中的(a)部分为存在耗尽层状态下的高阻状态图，图2中的(b)部分为在耗尽层消失状态下的低阻状态图。在电场作用下，该仿生器件发生高阻态到低阻态的转变(如图3I
‑
V曲线变化所示)，且高低阻态具有长期可持续性(如图4所示)。相当于计算机中“1”态和“0”态，如同计算机采用“0”和“1”组成代码来存储信息，实现存储功能。这一过程与神经递质在突触中的表现极为类似，因此该神经突触仿生器件可以模拟神经元的可塑性。
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件，其特征在于，包括：下电极层、沉积在所述下电极层上的高分子电解质双层薄膜层和在所述高分子电解质双层薄膜层上方的上电极层；所述下电极层包括基底和位于所述基底上方的第一电极层；所述上电极层即为第二电极层。2.根据权利要求1所述的一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件，其特征在于，所述基底是常用基底，包括但不局限于硅片、玻璃、PET或PI。3.根据权利要求1所述的一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件，其特征在于，所述下电极层和所述上电极层的薄膜厚度均为50～500nm。4.根据权利要求1所述的一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件，其特征在于，所述高分子电解质双层薄膜层包括负电荷高分子电解质层和正电荷高分子电解质层。5.根据权利要求4所述的一种基于高分子电解质双层结构的神经突触仿生器件，其特征在于，所述正电荷高分子电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡岗日，赵金石，薛松，梁辉，任九州，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：