一种多端仿树突型神经形态器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种多端仿树突型神经形态器件及其制备方法。该多端仿树突型神经形态器件包括：衬底；二维半导体材料，形成在所述衬底上，作为沟道；源电极和漏电极形成在所述二维半导体材料两侧；铪基铁电薄膜，覆盖上述结构；离子栅介质层，形成在所述铪基铁电薄膜上，位于所述沟道区的上方；多端顶栅，形成在所述离子栅介质层上，通过先后对多端顶栅施加不同时间、空间序列的电学脉冲刺激，获得时空影响下的树突器件的神经突触可塑性。的树突器件的神经突触可塑性。的树突器件的神经突触可塑性。

【技术实现步骤摘要】
一种多端仿树突型神经形态器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种多端仿树突型神经形态器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]人脑中包含有10
11
个神经元，并且每个神经元通过超过1000个神经突触与相连神经元进行连接，构成复杂的神经网络。组成于多端结构的树突作为神经网络中关键的元素，在时空序列信息的处理过程中极大程度地提高了系统的计算效率。仅仅消耗20W的能耗，人脑就可以处理各式各样的信息并完成记忆等任务，为电子处理系统提供了新的发展思路。
[0003]铁电突触晶体管具有典型的三端结构，利用栅极可以施加突触前端刺激，利用漏极可以记录突触后电流响应，展现出优异的稳定性、低操作电压、低功耗、高耐久性等优势，具有应用于神经形态计算的潜力。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开一种多端仿树突型神经形态器件，包括：衬底；二维半导体材料，形成在所述衬底上，作为沟道；源电极和漏电极形成在所述二维半导体材料两侧；铪基铁电薄膜，覆盖上述结构；离子栅介质层，形成在所述铪基铁电薄膜上，位于所述沟道区的上方；多端顶栅，形成在所述离子栅介质层上，通过先后对多端顶栅施加不同时间、空间序列的电学脉冲刺激，获得时空影响下的树突器件的神经突触可塑性。
[0005]本专利技术的多端仿树突型神经形态器件中，优选为，所述二维半导体材料为MoS2，WS2，ReS2，MoSe2，MoTe2，WSe2。
[0006]本专利技术的多端仿树突型神经形态器件中，优选为，所述铪基铁电薄膜为HfLaOx，HfAlOx，HfSiOx，HfZrOx。
[0007]本专利技术的多端仿树突型神经形态器件中，优选为，所述离子栅介质层为LiClO4，NaClO4。
[0008]本专利技术的多端仿树突型神经形态器件中，优选为，所述多端顶栅为四个，四个电极两两相对，彼此分隔，整体呈十字状排列。
[0009]本专利技术还公开一种多端仿树突型神经形态器件制备方法，包括以下步骤：在所述衬底上形成二维半导体材料，作为沟道；在所述二维半导体材料两侧形成源电极和漏电极；形成铪基铁电薄膜，使其覆盖上述结构，在氮气氛围下进行快速热退火，使之具有铁电性；在所述铪基铁电薄膜上，所述沟道区的上方形成离子栅介质层；在所述离子栅介质层上形成多端顶栅，通过先后对多端顶栅施加不同时间、空间序列的电学脉冲刺激，获得时空影响下的树突器件的神经突触可塑性。
[0010]本专利技术的多端仿树突型神经形态器件制备方法中，优选为，所述二维半导体材料为MoS2，WS2，ReS2，MoSe2，MoTe2，WSe2。
[0011]本专利技术的多端仿树突型神经形态器件制备方法中，优选为，所述铪基铁电薄膜为
HfLaOx，HfAlOx，HfSiOx，HfZrOx。
[0012]本专利技术的多端仿树突型神经形态器件制备方法中，优选为，所述离子栅介质层为LiClO4，NaClO4。
[0013]本专利技术的多端仿树突型神经形态器件制备方法中，优选为，所述快速热退火的温度为60℃～120℃，时间为20s～120s。
[0014]有益效果：
[0015](1)利用电子器件模拟神经网络中的树突，在多端调控的作用下实现时空信息的处理，打破了传统的同源型神经突触的两端限制，在神经网络处理时空信号时更具优势。
[0016](2)利用铁电突触晶体管在稳定性、操作电压、能耗、耐久性等方面的优势，使得器件在实际应用场景中更加可靠和高效，为模拟树突型神经形态器件提供了核心基础。
[0017](3)采用Li离子栅作为多端调控的直接接触栅，采用Li
+
的迁移实现信号的传递，与生物体系中的神经信号传递具有完美匹配性，适合于实现仿生的神经形态计算功能。
附图说明
[0018]图1是多端仿树突型神经形态器件制备方法的流程图。
[0019]图2～图6是多端仿树突型神经形态器件制备方法各阶段的流程图。
[0020]图7是多端仿树突型神经形态器件的运行示意图。
具体实施方式
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]图1是多端仿树突型神经形态器件制备方法的流程图。如图1所示，多端仿树突型神经形态器件包括以下步骤：
[0025]步骤S1，准备硅片作为衬底100，用于制备多端仿树突型神经形态器件。衬底还可以是玻璃、SiC等。
[0026]步骤S2，利用机械剥离法在衬底100上制备MoS2薄膜101作为沟道材料，如图2所示。沟道材料还可以是WS2，ReS2，MoSe2，MoTe2，WSe2等二维半导体材料。沟道材料的厚度优选
为2nm，范围可取1nm～10nm；长度优选为5μm，范围可取2μm～10μm；宽度优选为10μm，范围可取5μm～20μm。
[0027]步骤S3，利用光刻和物理气相沉积法在沟道两侧生长Ti/Au作为源电极102和漏电极103，如图3所示，其中，Ti为粘附层，Au为测试接触层。源漏电极还可以选取Ti/Al，Ti/Pt，Ti/Ni，Ti/Pd，Cr/Au，Cr/Al，Cr/Pt，Cr/Pd，Cr/Ni等；粘附层的厚度优选为10nm，范围可取5nm～15nm；测试接触层优选为50nm，范围可取30nm～100nm。
[0028]步骤S4，利用原子层沉积技术在上述器件上生长10nm厚度的HfLaOx铪基铁电薄膜104作为栅介质的一部分，如图4所示。随后采用快速热退火在氮气氛围下以400℃的温度退火40s，使薄膜具有铁电性。铪基铁电薄膜还可以选取HfAlO
x
，HfSiO
x
，HfZrO
x
等铪基铁电薄膜；厚度优选为10nm，范围可取8nm～20nm；退火温度优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多端仿树突型神经形态器件，其特征在于，包括：衬底；二维半导体材料，形成在所述衬底上，作为沟道；源电极和漏电极形成在所述二维半导体材料两侧；铪基铁电薄膜，覆盖上述结构；离子栅介质层，形成在所述铪基铁电薄膜上，位于所述沟道区的上方；多端顶栅，形成在所述离子栅介质层上，通过先后对多端顶栅施加不同时间、空间序列的电学脉冲刺激，获得时空影响下的树突器件的神经突触可塑性。2.根据权利要求1所述的多端仿树突型神经形态器件，其特征在于，所述二维半导体材料为MoS2，WS2，ReS2，MoSe2，MoTe2，WSe2。3.根据权利要求1所述的多端仿树突型神经形态器件，其特征在于，所述铪基铁电薄膜为HfLaO
x
，HfAlO
x
，HfSiO
x
，HfZrO
x
。4.根据权利要求1所述的多端仿树突型神经形态器件，其特征在于，所述离子栅介质层为LiClO4，NaClO4。5.根据权利要求1所述的多端仿树突型神经形态器件，其特征在于，所述多端顶栅为四个，四个电极两两相对，彼此分隔，整体呈十字状排列。6.一种多端仿树突型神经形态器件制备方法，其特征...

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