光电仿生突触晶体管及其制备方法和器件技术

本申请涉及一种光电仿生突触晶体管及其制备方法和器件，属于微电子器件领域。该光电仿生突触晶体管包括依次设置的衬底、栅电极、功能层，以及设置在所述功能层上的源电极和漏电极；所述功能层至少包括依次设置的栅电介质层、金属氧化物有源层和钙钛矿有源层，所述栅电介质层设置在所述栅电极上，所述栅电介质层为具有突触效应的碱金属掺杂高介电常数金属氧化物材料。其集成了电刺激突触可塑性与光刺激突触可塑性，并具有低成本、能大规模制备等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
光电仿生突触晶体管及其制备方法和器件


[0001]本申请涉及一种光电仿生突触晶体管及其制备方法和器件，属于微电子器件领域。

技术介绍

[0002]仿生突触器件由于其在人工神经网络计算系统中的潜在应用受到广泛的关注。在诸多仿生突触器件中，三端器件由于其适用于传统互补行逻辑电路以及多栅极输入等优点展示出了运用于多种神经形态系统的优势。
[0003]然而，由于氧化物的带隙较大，因此在可见光范围内，现有的三端器件作为光敏神经突触不具备明显优势。而若要实现多种电学刺激或是光学刺激实现的仿生突触功能，往往需要集成仿生突触器件与传感器以及相关电路，不利于器件在多种运用当中的集成与推广。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种光电仿生突触晶体管及其制备方法和器件，其集成了电刺激突触可塑性与光刺激突触可塑性，并具有低成本、能大规模制备等优点。
[0005]为达到上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0006]第一方面，本申请提供一种光电仿生突触晶体管，其包括依次设置的衬底、栅电极、功能层，以及设置在所述功能层上的源电极和漏电极；所述功能层至少包括依次设置的栅电介质层、金属氧化物有源层和钙钛矿有源层，所述栅电介质层设置在所述栅电极上，所述栅电介质层为具有突触效应的碱金属掺杂高介电常数金属氧化物材料。
[0007]进一步地，所述金属氧化物有源层由金属氧化物半导体材料形成。
[0008]进一步地，所述金属氧化物半导体材料选自包括氧化铟、氧化锌、氧化锡、锌锡氧、铟镓锌氧或铟锌氧中的一种或多种。
[0009]进一步地，所述金属氧化物有源层的厚度为5
‑
50nm。
[0010]进一步地，所述钙钛矿有源层由无机钙钛矿材料形成。
[0011]进一步地，所述栅电介质层为锂掺杂氧化铝薄膜。
[0012]进一步地，所述锂掺杂氧化铝薄膜的厚度为10
‑
200nm。
[0013]第二方面，本申请提供一种器件，其包括所述的光电仿生突触晶体管。
[0014]第三方面，本申请提供一种光电仿生突触晶体管的制备方法，其包括以下步骤：
[0015]S1、提供衬底，对所述衬底进行预处理；或者，提供预处理后的所述衬底；
[0016]S2、在所述衬底上制备栅电极；
[0017]S3、对所述栅电极进行亲水处理后，在所述栅电极上制备功能层；其中，所述功能层至少包括依次设置的栅电介质层、金属氧化物有源层和钙钛矿有源层，所述栅电介质层设置在所述栅电极上，所述栅电介质层为具有突触效应的碱金属掺杂高介电常数金属氧化物材料；
[0018]S4、在所述功能层上制备源电极和漏电极。
[0019]进一步地，步骤S3具体包括：
[0020]对所述栅电极进行亲水处理后，制备锂掺杂的氧化铝前驱体溶液并将其滴加旋涂在所述衬底和栅电极上，加热退火后得到锂掺杂氧化铝薄膜；
[0021]将金属氧化物前驱体溶液滴加旋涂在栅电介质层上，加热退火后得到金属氧化物有源层；
[0022]将钙钛矿前驱体溶液滴加旋涂在金属氧化物有源层上，加热退火后得到钙钛矿有源层。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本申请的光电仿生突触晶体管及其制备方法和器件通过设置功能层，功能层中至少包括依次设置的栅电介质层、金属氧化物有源层和钙钛矿有源层。其中，金属氧化物有源层通过栅电介质层被施加在栅电极上的电刺激脉冲信号产生兴奋性突触后电流以实现基于电刺激的突触可塑性，金属氧化物有源层与无机钙钛矿材料有源层在白光和不同波长的光刺激下产生兴奋性突触后电流以实现基于光刺激调制的突触可塑性。故，本申请的光电仿生突触晶体管及其制备方法和器件实现了光刺激突触可塑性与电刺激突触可塑性，并且其具有结构简单、制备成本低、可大规模制备等优点。同时，本申请中的栅电介质层、金属氧化物有源层和钙钛矿有源层在大气环境下均表现出电、化学性能稳定，可以使晶体管和器件在无需封装的情况下保持稳定的性能与可靠性。
[0024]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0025]图1为本申请的光电仿生突触晶体管的一种结构示意图；
[0026]图2为本申请一实施例的光电仿生突触晶体管在光脉冲信号下的电流图；
[0027]图3为本申请一实施例的光电仿生突触晶体管在电刺激脉冲信号下的电流图；
[0028]图4为本申请一实施例的光电仿生突触晶体管的在不同光脉冲数量下其后突出电流随时间的变化关系图；
[0029]图5为本申请一实施例的光电仿生突触晶体管的在不同光脉冲宽度下其后突出电流随时间的变化关系图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0031]需要说明的是：本专利技术的“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等用语只是参考附图对本专利技术进行说明，不作为限定用语。
[0032]请参见图1，定义图1中A
→
B方向为自下而上。图1示出了本申请的光电仿生突触晶体管，具体的，其包括自下而上依次设置的衬底1、栅电极2、功能层3、源电极4和漏电极5，该功能层3至少包括形成在栅电极2上的栅电介质层31、形成在栅电介质层31上的金属氧化物有源层32，以及形成在金属氧化物有源层32上的钙钛矿有源层33。其中，源电极4和漏电极5
设置在功能层3的最上层结构上。
[0033]本申请中，金属氧化物有源层32为金属氧化物半导体薄膜材料，钙钛矿有源层33为无机钙钛矿材料，金属氧化物有源层32通过栅电介质层31被栅电极2上施加的电刺激产生兴奋性突触后电流，并且金属氧化物有源层32可以被电刺激实现基于电刺激调制的突触可塑性，钙钛矿有源层33则可以被光刺激实现基于光刺激调制的突触可塑性。
[0034]其中，金属氧化物有源层32的材料可以为氧化铟、氧化锌、氧化锡、锌锡氧、铟镓锌氧或铟锌氧中的任一种或多种。本申请中，该金属氧化物有源层32的厚度可以是5
‑
50nm。同时，金属氧化物有源层32的材料还可以其他材料，在此不一一列举，具体可根据实际需要选择合适的材料。
[0035]本申请中，栅电介质层31的材料具有突触效应的碱金属掺杂高介电常数金属氧化物材料，具体为锂掺杂氧化铝薄膜，其厚度范围可以为10
‑
200nm。
[0036]本申请中，衬底1可以为玻璃、二氧化硅、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任一种或多种。并且，该衬底1可以为刚性结构或者柔性结构，该衬底1的材料在此不做具体限定，还可以其他材料，在此不一一列举，具体可根据实际需要选择合适的材料。
[0037]本申请中，栅电极2、源电极4以及漏电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电仿生突触晶体管，其特征在于，包括依次设置的衬底、栅电极、功能层，以及设置在所述功能层上的源电极和漏电极；所述功能层至少包括依次设置的栅电介质层、金属氧化物有源层和钙钛矿有源层，所述栅电介质层设置在所述栅电极上，所述栅电介质层为具有突触效应的碱金属掺杂高介电常数金属氧化物材料。2.如权利要求1所述的光电仿生突触晶体管，其特征在于，所述金属氧化物有源层由金属氧化物半导体材料形成。3.如权利要求2所述的光电仿生突触晶体管，其特征在于，所述金属氧化物半导体材料选自包括氧化铟、氧化锌、氧化锡、锌锡氧、铟镓锌氧或铟锌氧中的一种或多种。4.如权利要求1所述的光电仿生突触晶体管，其特征在于，所述金属氧化物有源层的厚度为5
‑
50nm。5.如权利要求1所述的光电仿生突触晶体管，其特征在于，所述钙钛矿有源层由无机钙钛矿材料形成。6.如权利要求1所述的光电仿生突触晶体管，其特征在于，所述栅电介质层为锂掺杂氧化铝薄膜。7.如权利要求6所述的光电仿生突触晶体管，其特征在于，所述锂掺杂氧化铝薄膜的厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春，刘启晗，
申请(专利权)人：西交利物浦大学，
类型：发明
国别省市：