【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体人工神经元器件领域，尤其涉及一种基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件及其制备方法和应用。
技术介绍
1、人工神经网络(ann)中的神经元之间的大量相互连接使得信息输入之后可以很快地传递到各个神经元并行处理,在值传递的过程中同时完成数据的计算和存储功能，将输入输出的映射关系以神经元间连接强度(权值)的方式存储下来,因此运算效率比传统的串行处理数据方式更高。神经元数量以及层数越多，神经网络处理数据能力越强，学习速度也越快。近年来神经网络在物联网、云数据处理、机器学习等多个方面取得了前所未有的发展和成功。因此，人工神经元作为人工神经网络的基本组成部分显得尤为重要。二维材料被认为是构建下一代电子产品理想属性的新兴材料，其具有原子薄的厚度和表面没有悬垂键等优点，吸引了许多研究者的注意力。基于二维材料制作神经形态器件的研究已经有了不少成果，像各种人工突触器件，忆阻器、光电突触、异突触等可实现电导权重更新和短时/长时可塑性(stp/ltp)等记忆效果的器件被广泛研究。
2、但在人工神经网络中，神经元的功能不仅包括不同权重变化的输入(突触)，还有信号累加求和，非线性激活输这些重要功能。在早期基于二维材料神经形态器件的研究当中，激活函数是由传统的金属氧化物半导体(cmos)电路和具有可重构功能映射的数模转换器(adc)电路来实现的。近年来的人工神经网络的快速发展，神经网络的层数需求剧增，对于激活函数的需求数量愈加庞大，能耗猛增。为此，研究者们对于具有激活功能的神经形态器件也作出了新的探索，如利用二维材料
3、传统的人工神经元，如人工突触、激活神经元通过不同种类材料以特定的结构叠加制作。然而，这些器件存在功能单一的问题，只能单独作为人工突触实现感知，或仅能实现存储刺激信号的功能。而当前基于二维材料的人工突触器件大多依赖于tmds、石墨烯、氮化硼、铁电材料等进行人工叠加。所需的材料种类繁多，并且制作过程复杂消耗大量时间，不利于未来大规模神经形态器件的应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件的制作方法，该制备方法制得了一种微型多功能人工神经元器件，可以解决目前突触功能和激活功能处于分立器件和制作复杂所需材料多的问题。
2、本专利技术制作的一种基于wse2晶体管的多功能平台，能实现sigmoid激活函数和人工突触的功能，并且结构简单制作复杂度低。它通过控制公共栅极输入电压来调整输出电压实现输出sigmoid曲线。编程不同的栅极电刺激信号成功模拟了多种突触功能，包括兴奋/抑制性突触后电位(epsc/ipsc)、双脉冲兴奋/抑制(ppf/ppd)和ltp/ltd等。本专利技术旨在克服现有的人工神经形态器件中人工突触与非线性激活功能处于分立状态的局限性，并且以简单的材料和制作方法实现稳定的效果，为今后全硬件人工神经网络的实现提供更为简便的制造工艺。
3、本专利技术提供的一种基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件的制备方法,包括以下步骤：
4、s1获取由绝缘氧化硅层和重掺杂导电硅层组成的硅片，将wse2薄膜转移到硅片中的绝缘氧化硅层上，作为沟道；所述wse2薄膜由为10层以下单层二维wse2组成；
5、s2在所述wse2薄膜上制备两个相互平行的条状au电极；其中，两个相互平行的条状au电极分别作为p型wse2晶体管的源极和漏极；得到包括p型wse2晶体管的硅片；
6、s3在所述wse2薄膜上制备两个相互平行的条状bi/au电极；其中，两个相互平行的条状bi/au电极分别作为n型wse2晶体管的源极和漏极；得到包括p型wse2晶体管和n型wse2晶体管的硅片；硅片中的重掺杂导电硅层同时作为p型wse2晶体管和n型wse2晶体管的共栅极；将所述p型wse2晶体管的源极和n型wse2晶体管的源极相互连接，构成共源极共栅极的结构。
7、优选的，步骤s2中，在所述wse2薄膜上制备两个相互平行的条状au电极，具体包括以下步骤：在所述wse2薄膜上涂上光刻胶，通过紫外曝光、显影，得到两个相互平行的条状电极图案，依次蒸镀厚度为8-15nm的se和40-100nm的au，去胶处理后，通过真空干燥去除se层，得到包括p型wse2晶体管的硅片。
8、优选的，步骤s3中，在所述wse2薄膜上制备两个相互平行的条状bi/au电极，具体包括以下步骤：在所述wse2薄膜上涂上光刻胶，通过紫外曝光、显影，得到两个相互平行的条状电极图案，依次蒸镀厚度2-10nm的bi层和厚度40-100nm的au层，去胶处理后得到包括p型wse2晶体管和n型wse2晶体管的硅片；
9、本专利技术还提供一种基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件，包括：由绝缘氧化硅层和重掺杂导电硅层组成的硅片，所述绝缘氧化硅层上设置有wse2薄膜作为沟道；所述wse2薄膜由10层以下单层二维wse2组成；
10、所述wse2薄膜上设有两个相互平行的条状au电极；两个相互平行的条状au电极分别作为p型wse2晶体管的源极和漏极；所述条状au电极的厚度为40-100nm；
11、所述wse2薄膜上还设置有两个相互平行的条状bi/au电极；其中，两个相互平行的条状bi/au电极分别作为n型wse2晶体管的源极和漏极；所述bi/au电极由厚度2-10nm的bi层和厚度40-100nm的au层组成，其中bi层位于au层和wse2薄膜之间；
12、硅片中的重掺杂导电硅层同时作为p型wse2晶体管和n型wse2晶体管的共栅极；所述p型wse2晶体管的源极和n型wse2晶体管的源极相互连接作为共源极。
13、优选的，基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件，绝缘氧化硅层厚度260-500nm；两个相互平行的条状au电极之间的沟道宽度4～7μm；两个相互平行的条状bi/au电极之间的沟道宽度4～7μm。
14、本专利技术还提供一种基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件在实现激活函数功能上的应用，包括以下步骤：向共栅极输入在正电平和负电平之间变化的电平信号，所述正电平不大于60v,所述负电平不小于-60v；p型wse2晶体管的漏极连接恒定的电平信号；n型wse2晶体管的漏极接地；通过所述共源极输出随共栅极电平变化的信号；所述共源极输出的信号与向共栅极输入的电平信号之间的关系，符合激活函数的函数关系。
15、优选的，所述激活函数为sigmoid函数，所述正电平和负电平之间变化的电平信号具体为从-20v～20v变化的电平信号，n型wse2晶体管的漏极连接恒定的1v的电平信号。
16、本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件的制备方法，其特征在于，步骤S2中，在所述WSe2薄膜上制备两个相互平行的条状Au电极，具体包括以下步骤：在所述WSe2薄膜上涂上光刻胶，通过紫外曝光、显影，得到两个相互平行的条状电极图案，依次蒸镀厚度为8-15nm的Se和40-100nm的Au，去胶处理后，通过真空干燥去除Se层，得到包括P型WSe2晶体管的硅片。
3.如权利要求1所述的一种基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件的制备方法，其特征在于，步骤S3中，在所述WSe2薄膜上制备两个相互平行的条状Bi/Au电极，具体包括以下步骤：在所述WSe2薄膜上涂上光刻胶，通过紫外曝光、显影，得到两个相互平行的条状电极图案，依次蒸镀厚度2-10nm的Bi层和厚度40-100nm的Au层，去胶处理后得到包括P型WSe2晶体管和N型WSe2晶体管的硅片。
4.如权利要求1～3中任意一项所所述的一种基于二维WSe2晶体管的微
5.如权利要求4所述的基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件，其特征在于，绝缘氧化硅层厚度260-500nm；两个相互平行的条状Au电极之间的沟道宽度4～7μm；两个相互平行的条状Bi/Au电极之间的沟道宽度4～7μm。
6.如权利要求4所述的基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件在实现激活函数功能上的应用，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述激活函数为Sigmoid函数，
8.如权利要求4所述的基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件在实现突触功能上的应用，其特征在于，包括以下步骤：
9.如权利要求4所述的基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件在实现全硬件人工神经网络上的应用，其特征在于，包括以下步骤：所述全硬件人工神经网络包括不少于2个所述基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件，其中至少1个所述基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件作为人工神经元节点器件，至少1个所述基于二维WSe2晶体管的微型多功能人工神经元器件作为激活函数器件。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述人工神经元节点器件，其共栅极作为刺激信号输入端，施加5V-30V范围的电压信号，其共源极接1V的恒定电平信号，所述P型WSe2晶体管的漏极通过连接电阻元件进行接地；在所述电阻元件与所述P型WSe2晶体管的漏极之间设置一个节点,从所述节点引出引线连接所述激活函数器件的共栅极作为激活函数器件的输入，将所述激活函数器件的共源极作为输出；所述激活函数器件的N型WSe2晶体管的漏极接1V的恒压电平信号，所述激活函数器件的P型WSe2晶体管的漏极接地；
...【技术特征摘要】
1.一种基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件的制备方法，其特征在于，步骤s2中，在所述wse2薄膜上制备两个相互平行的条状au电极，具体包括以下步骤：在所述wse2薄膜上涂上光刻胶，通过紫外曝光、显影，得到两个相互平行的条状电极图案，依次蒸镀厚度为8-15nm的se和40-100nm的au，去胶处理后，通过真空干燥去除se层，得到包括p型wse2晶体管的硅片。
3.如权利要求1所述的一种基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件的制备方法，其特征在于，步骤s3中，在所述wse2薄膜上制备两个相互平行的条状bi/au电极，具体包括以下步骤：在所述wse2薄膜上涂上光刻胶，通过紫外曝光、显影，得到两个相互平行的条状电极图案，依次蒸镀厚度2-10nm的bi层和厚度40-100nm的au层，去胶处理后得到包括p型wse2晶体管和n型wse2晶体管的硅片。
4.如权利要求1～3中任意一项所所述的一种基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件的制备方法制得的基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件，其特征在于，包括：由绝缘氧化硅层和重掺杂导电硅层组成的硅片，所述绝缘氧化硅层上设置有wse2薄膜作为沟道；所述wse2薄膜由10层以下单层二维wse2组成；
5.如权利要求4所述的基于二维wse2晶体管的微型多功能人工神经元器件，其特征在于，绝缘氧化硅层厚度260-500nm；两...
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