【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于场效应晶体管领域，涉及一种基于团簇异质结搭建晶圆级多功能集成的人工视觉系统的方法及其应用。
技术介绍
1、人工视觉系统，是利用现代电子设备(晶体管、忆阻器、光电二极管等)模拟生物体视觉系统功能的系统，其功能包括对外界光的响应、识别、强弱光适应以及光信号转换为电信号被大脑处理等。得益于晶体管的放大增益以及方便集成的特点，一类对外界光有电流或电压响应的晶体管器件被用来作为人工视觉系统的硬件载体。
2、晶体管输出的电流和电压信号可用于进一步读取、运算、存储、编码、解码等操作，实现对于生物体视觉系统中各类信号的模拟和仿真。器件跨导信号可通过栅极电压和外界光照进行调制，其中光照调制器件的手段包括不限于光波长、光照强度、相干光相位等((a)yang,y.；da costa,r.；fuchter,m.；et al.nature photon 7,634–638(2013).(b)seo,s.；jo,sh.；kim,s.；et al.nat commun 9,5106(2018))。对于生物体的视觉系统，基本结构和对外界成像的原理在不同生物体间存在共性，光均由晶状体入射至眼球中，通过多层细胞和组织将光信号转化为电信号并通过视觉神经网络传输至大脑。在神经细胞中，信号传递主要发生在突触处，产生兴奋性或抑制性突触后电位，并以电信号形式进行传递。因此光电信号转换和电信号利用是人工视觉神经晶体管器件的关键。
3、现有人工视觉系统在光电信号转换和电信号利用上已取得突破性进展，能够对不同波段光进行区分(seo,s.；jo
4、然而，现有人工视觉系统设计策略仅能满足单一功能或少数视觉功能的实现和应用，且未考虑大规模集成的可行性以及制备工艺的复杂程度等问题，这些限制了它多功能的兼容性、未来商业化和大规模的应用。其主要存在的问题包括现有器件结构和制备工艺复杂，材料难以大面积加工，视觉功能模拟程度有限，远达不到机器视觉、人工智能以及人工眼的应用需求。而满足工业生产社会需要的人工视觉系统需要优化器件结构并且选择廉价、性质稳定且普适性的材料体系，因此设计晶圆级、多功能集成、加工工艺简单的人工视觉系统设计策略是必不可少的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种搭建人工视觉系统的方法及应用，通过将团簇引入半导体器件中形成团簇异质结，可实现多波长光识别、图形记忆以及强弱光适应多种生物体视觉系统的功能集成，成为制造人工视觉感受器的合适选择；而且该方法可实现晶圆级制备，工艺简单，普适性好，克服了目前人工视觉感受器在大规模制备、多功能化等方面所遇到的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种搭建人工视觉系统的方法，包括如下步骤：
4、s1、在清洗后的基底表面制备栅电极；
5、s2、在所述栅电极表面制备介电层；
6、s3、在所述介电层表面制备团簇堆积层；
7、s4、在所述团簇堆积层表面制备半导体层，并与所述团簇堆积层接触形成团簇半导体异质结；
8、s5、在所述半导体层表面制备源漏电极，形成人工视觉系统。
9、步骤s1中，所述清洗使用的清洗液为酸液、醇类清洗剂、酮类清洗剂和去离子水中的一种或多种。
10、所述酸液为食人鱼溶液、浓硫酸、硝酸和王水中的一种或多种。
11、所述醇类清洗剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种。
12、所述酮类清洗液为丙酮和/或戊酮。
13、步骤s1中，所述基底为硅晶圆、氮化镓晶圆、碳化硅晶圆、玻璃、金属片、工程塑料衬底和树脂中的一种。优选地，所述基底为p掺杂的硅晶圆片，其既可以作为基底，又可以作为栅电极。所述基底的尺寸、形状可根据实际需要进行调整。
14、步骤s1中，所述清洗的方式为超声清洗。所述超声的条件为：功率为150-250w，优选为200w，时间长于10min，优选为30min。
15、步骤s1中，还可对所述基底进行加工处理，包括对所述基底进行修饰、物理以及化学改性。
16、步骤s1中，所述栅电极的材质为导电率高于10s cm-1的材料，例如金、银、铜、铝、单晶硅、碳纳米管、银纳米线和导电高分子pedot:pss中的一种或多种。
17、步骤s1中，所述栅电极的制备工艺为磁控溅射、电子束光刻、真空热蒸镀、电镀、旋涂、棒涂、喷涂和刮涂中的一种或多种。
18、优选地，在制备所述栅电极之前，在所述基底表面沉积黏附层或者修饰层，例如cr金属层或者ti金属层等。
19、优选地，在制备所述栅电极之后，对所述栅电极的表面功函数、表面能等特性进行物理改性或化学改性，如氧气-等离子体轰击。
20、步骤s1中，所述栅电极的厚度为10-50nm，优选为20-30nm。
21、步骤s2中，所述介电层的材质为绝缘材料，其电容范围为1nf/cm2-100μf/cm2，优选为10-15μf/cm2；其相对介电常数范围为1-90，优选为3-5。
22、优选地，所述介电层的材质为二氧化硅、三氧化二铝、氧化铪、氧化锆、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、cytop和聚苯乙烯(ps)中的一种或多种。
23、步骤s2中，所述介电层的制备工艺为磁控溅射、激光直写、电喷印、溶液旋涂退火、旋涂、棒涂、喷涂和刮涂中的一种或多种。
24、步骤s2中，所述介电层的厚度为50-1000nm，优选为300-350nm，所述介电层的厚度须确保晶体管不漏电且制备中减少针孔(pinhole)以及表面缺陷；所述介电层的表面(均方根)粗糙度控制在2nm以下，优选小于1nm；所述人工视觉系统工作时，通过所述介电层的电流应小于所述源漏电极的源漏电流的1/1000。
25、步骤s3中，所述团簇堆积层的材质为具有核壳结构的团簇材料，即球状团簇外围由配体(壳)对中心金属或非金属原子(核)进行包裹以起到稳定团簇的作用。
26、步骤s3中，所述团簇材料须具备如下特征，以满足制备器件的需求：
27、外围配体：含有π电子体系的基团，如苯基、噻吩基，可与半导体层形成快速电荷转移通道，有利于电荷在异质结之间进行传输；不含有容易捕获电荷的位点，如羟基和羧基，以免影响半导体层的电学性；
28、粒径分布标准差：<1nm；
29、耐热稳定性：在100℃以下不分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种搭建人工视觉系统的方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤S1中，所述清洗使用的清洗液为酸液、醇类清洗剂、酮类清洗剂和去离子水中的一种或多种；
3.根据权利要求1或2所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤S2中，所述介电层的材质为绝缘材料，其电容范围为1nF/cm2-100μF/cm2，相对介电常数范围为1.0-90；
4.根据权利要求1-3任一项所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤S3中，所述团簇堆积层的材质为具有核壳结构的团簇材料；
5.根据权利要求1-4任一项所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤S3中，所述团簇的材料为银纳米团簇，其按照如下步骤制备：
6.根据权利要求1-5任一项所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤S3中，所述团簇堆积层的制备工艺为溶液法工艺、原位生长法、化学气相沉积法、物理气相输运法、电化学氧化还原法和转移法中的一种；
7.根据权利要求1-6任一项所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤S
8.根据权利要求1-7任一项所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤S4中，所述半导体层的材质为与所述团簇堆积层形成异质结结构的有机半导体材料和无机半导体材料；
9.根据权利要求1-8任一项所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤S5中，所述源漏电极的材质为导电率高于10S cm-1的材料；
10.一种晶体管器件，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述方法制备；
...【技术特征摘要】
1.一种搭建人工视觉系统的方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤s1中，所述清洗使用的清洗液为酸液、醇类清洗剂、酮类清洗剂和去离子水中的一种或多种；
3.根据权利要求1或2所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤s2中，所述介电层的材质为绝缘材料，其电容范围为1nf/cm2-100μf/cm2，相对介电常数范围为1.0-90；
4.根据权利要求1-3任一项所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤s3中，所述团簇堆积层的材质为具有核壳结构的团簇材料；
5.根据权利要求1-4任一项所述的搭建人工视觉系统的方法，其特征在于：步骤s3中，所述团簇的材料为银纳米团簇，其按照如下步骤制备：
6.根据权利要求1-5任一项所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘云圻，文巍，刘国才，魏晓芳，王翰林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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