一种人造突触传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种传感器，包括：第一电极(1)、第二电极(2)、电阻切换层(3)及有机感应层(4)；第一电极(1)与第二电极(2)之间存在沟道；电阻切换层(3)以及有机感应层(4)设置于沟道内，有机感应层(4)设置于电阻切换层(3)的表面。该传感器具有阈值电阻切换器件的明显特征，也即，在没有施加外部偏置的时候只有高电阻的状态能保持稳定。

An artificial synaptic sensor and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种人造突触传感器及其制备方法
本专利技术涉及柔性人造突触器件和柔性压力传感器领域，具体涉及一种人造突触传感器及其制备方法。
技术介绍
随着电子科学技术的飞速发展，人们对于计算机有了更高的期望：功能智能化、器件轻量化以及能耗节能化，由此引得新型计算机需要具备自主学习能力，使之更加接近人类的大脑。在前人的研究工作中，通过对大鼠的大脑进行切片分析，并通过超级计算机和软件进行模拟已知的神经元结构和电生理特征，其产生的海量的电能消耗、复杂的建模结构使其应用受到极大限制，除此以外，计算机的逻辑功能密度远远达不到生物大脑所需的密度。根据生物神经突触的工作原理和工作特性，突触前膜中的突触小泡传递着神经元之间的信息，在此背景下，产生了以突触可塑性为学习记忆的分子机制，也即，该机制为通过突触在收到刺激信号之后改变和调整自身形态。前人在此研究背景下提供了一种使用记忆切换原件的尖峰-时间依赖塑性的突触器件结构，但该器件结构复杂，且功耗不可控；在另一研究中还提供了一种忆阻器组成的神经阵列，但该器件仅限于对阻值的记忆，不具备对外界的实时感应功能，因此其在触觉上有所缺失。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种人造突触传感器及其制备方法，用于至少部分解决上述技术问题。(二)技术方案一种传感器，包括：第一电极1、第二电极2、电阻切换层3及有机感应层4；第一电极1与第二电极2之间形成有一沟道8；电阻切换层3以及有机感应层4设置于沟道8内，有机感应层4设置于电阻切换层3的表面。r>可选地，器件还包括衬底5，第一电极1、第二电极2，以及电阻切换层3均设置于衬底上。可选地，衬底5为可弯曲的柔性薄膜材料。可选地，电阻切换层3、有机感应层4均与第一电极1、第二电极2连接。可选地，第一电极1与第二电极2均包括两层金属层。可选地，两层金属层包括铬金属层6及金金属层7，其中，铬金属层6形成于衬底5上，金金属层7形成于铬金属层6上。可选地，电阻切换层3为氧化锌半导体材料，有机感应层4为掺杂氯化钙的聚乙烯醇材料。一种器件，该器件包括多个上述传感器，多个传感器之间通过第一电极1与第二电极2相互连接。一种传感器的制备方法，方法包括：S1，在衬底5上蒸镀第一电极1与第二电极2，第一电极1与第二电极2之间存在沟道8；S2，在沟道8内旋涂金属硝酸盐溶液，煅烧后得到的金属氧化物即为电阻切换层3；S3，将聚乙烯醇水溶液旋涂在电阻切换层3上，聚乙烯醇水溶液固化后为有机感应层4，得到传感器。可选地，步骤S1中，在衬底5上蒸镀第一电极1与第二电极2，包括：在衬底5上蒸镀铬金属层6；在铬金属层6上蒸镀金金属层7，得到第一电极1与第二电极2。(三)有益效果1、本申请中的传感器与现有的人造突触器件相比，结构更为简单，可用于神经网络领域；2、本申请中的传感器采用柔性薄膜材料作为柔性衬底，保证了器件具有良好的弯曲性能，实现了可穿戴化的传感器；3、本申请传感器中的有机感应层采用聚乙烯醇，能够实现人造电子神经突触的基础功能，同时该有机感应层也能在受到外界压力的作用时产生响应；4、本申请传感器中的电阻切换层采用了半导体材料，制造柔性人造电子神经突触器件过程简单，有利于工业化生产；5、本申请中的传感器具有体积小、质量轻、可弯曲、多功能的优点，可根据需要制备任意的m×n传感器阵列，进而实现大尺寸的压力感应和信息传输。附图说明图1示意性示出了本专利技术实施例中传感器结构的剖面图；图2示意性示出了本专利技术实施例中人造突触传感器的离子机理分布图；图3示意性示出了本专利技术实施例在固定的电压速率下测试电流和电压的循环相应曲线；图4示意性示出了本专利技术实施例中人造突触传感器的兴奋性突触后电流曲线；图5示意性示出了本专利技术实施例中传感器在外部压力下突触后电流的响应曲线；图6示意性示出了本专利技术实施例中传感器制备方法的流程图。附图标记说明：1-第一电极；2-第二电极；3-电阻切换层；4-有机感应层；5-衬底；6-铬金属层；7-金金属层；8-沟道；9-钙离子；10-氯离子。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。图1示意性示出了本专利技术实施例中传感器结构的剖面图。如图1所示，上述传感器例如可以包括：第一电极1、第二电极2、电阻切换层3、及有机感应层4；第一电极1与第二电极2之间形成有一沟道8；电阻切换层3以及有机感应层4设置于沟道内，有机感应层4设置于在电阻切换层3的表面；第一电极1、第二电极2以及电阻切换层3均设置于衬底5上，传感器的厚度用“h”表示。首先，上述第一电极1与第二电极2例如可以包括铬金属层6以及金金属层7这两层金属层，该两层金属层形成的第一电极1以及第二电极2中，铬金属层6形成于衬底5上，金金属层7形成于铬金属层6上，这一结构能够使得第一电极1以及第二电极2与衬底5之间的接触更加紧密，难以脱落，并且，本专利技术实施例中，第一电极1与第二电极2中的金金属层7作为突触前金属电极和突触后金属电极。关于上述提及的第一电极1以及第二电极2，其两电极的长度范围均例如可以为50μm-30mm、宽度范围均例如可以为100μm-5mm、厚度范围均例如可以为50-800nm；并且，第一电极1、第二电极2中的铬金属层6的厚度范围例如可以为5nm-50nm；第一电极1、第二电极2中的金金属层7的厚度范围例如可以为40nm-750nm。其次，上述电阻切换层3、有机感应层4均与第一电极1、第二电极2连接，连接方式例如可以为电阻切换层3、有机感应层4通过第一电极1、第二电极2所引出的导线相连接，具体连接方式本专利技术不做具体限制。其中，电阻切换层3的材料多采用金属氧化物半导体材料，此半导体材料设置在在上述提及的突触前金属电极和突触后金属电极中间的沟道8处，本专利技术实施例中，采用氧化锌作为半导体材料；有机感应层4为掺杂了氯化钙的聚乙烯醇(polyvinylalcohol，PVA)材料，参阅图2，图2示意性示出了本专利技术实施例中人造突触传感器的离子机理分布图，其中，氯化钙在聚乙烯醇水溶液中能够电离产生钙离子9和氯离子10。采用氧化锌以及PVA这两种材料是由于在外界传输的电压脉冲刺激下，有机感应层4发生氯离子10漂移从而产生电场，作用到由氧化锌组成的电阻切换层3上，电阻切换层3收到电场的诱导而发生氧空位的迁移，进而产生刺激电流。当经历下一次的电压脉冲刺激时，已经发生氯离子10漂移的电场进一步强化，使得由氧化锌组成的电阻切换层3产生更高的兴奋性突触后膜电流(Excitatorypostsynapticcurrent，EPSC)。同时，当受到外界压力的额外刺激时，由PVA组成的有机感应层4受力发生形变，局域的电子密度发生轻微的变化，作用到下方的电阻切换层3后，使得电阻切换层3的电场也相应的发生变化，反应出电阻切换层3中的电流就本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器，包括：/n第一电极(1)、第二电极(2)、电阻切换层(3)及有机感应层(4)；所述第一电极(1)与所述第二电极(2)之间形成有一沟道(8)；所述电阻切换层(3)以及所述有机感应层(4)设置于所述沟道(8)内，所述有机感应层(4)设置于所述电阻切换层(3)的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种传感器，包括：
第一电极(1)、第二电极(2)、电阻切换层(3)及有机感应层(4)；所述第一电极(1)与所述第二电极(2)之间形成有一沟道(8)；所述电阻切换层(3)以及所述有机感应层(4)设置于所述沟道(8)内，所述有机感应层(4)设置于所述电阻切换层(3)的表面。


2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述器件还包括衬底(5)，所述第一电极(1)、所述第二电极(2)，以及所述电阻切换层(3)均设置于所述衬底(5)上。


3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述衬底(5)为可弯曲的柔性薄膜材料。


4.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述电阻切换层(3)、所述有机感应层(4)均与所述第一电极(1)、所述第二电极(2)连接。


5.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述第一电极(1)与所述第二电极(2)均包括两层金属层。


6.根据权利要求5所述的传感器，其中，所述两层金属层包括铬金属层(6)及金金属层(7)，其中，所述铬金属层(6)形成于所述衬底(5)上，所述金金属层(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄正，沈国震，王得鹏，赵淑芳，冉文浩，尹瑞阳，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11