一种基于AlO制造技术

本发明专利技术公开了一种基于AlO

Based on alo

【技术实现步骤摘要】
一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件及其制备方法
本专利技术属于半导体微电子器件与人工智能
，具体涉及一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件及制备方法。
技术介绍
随着大数据时代的到来，人工智能技术不断发展。目前人工神经网络计算主要基于现有冯·诺依曼计算系统，通过算法实现，受制于“存储墙”问题，设备体积大，能耗高，效率低。随着数据量的日益增大，现有计算体系将很难应对人工智能的发展。近些年来产业和研究机构一直致力于开发新型的神经仿生器件，在硬件层次上直接模拟人脑神经元和神经突触的行为，搭建类脑神经网络电路，从而实现如人脑一样的大规模并行计算和高度塑性成为的类人脑神经网络，从根本上解决“存储墙”问题，推动人工智能技术的发展。现在的神经仿生器件包括忆阻器、原子开关、相变存储器、铁电晶体管、双电层晶体管等。其中，基于双电层晶体管的神经仿生器件具有如下优势：1、可以同时进行信号传输和自主学习；2、可以通过增加额外的栅极对神经突触性能进行调控和降低工作能耗；3、可以基于电容耦合的工作模式实现无硬线连接的神经网络。在以往的研究中，双电层晶体管的核心部分双电层介质多采用液态电介质、聚合物电解质如壳聚糖等有机物，在实际使用中面临封装、可靠性等方面的问题，很难市场化。另外，作为固态双电层晶体管，利用PECVD方法制备的Al2O3或SiO2等无机双电层也有报道，但成本高操作难度大。本专利技术技术方案采用溶液法制作的Al2O3介质层，通过调节Al2O3前驱体的配置，实现了双电层特性。基于Al2O3双电层的薄膜晶体管具有类神经突触功能，具有工艺简单、成本低、兼容性好等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的为改善上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件，其优势在于工艺简单、封装可靠性高、成本低、兼容性好。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件，所述器件结构由下至上包括衬底、底栅电极、AlOx双电层介质层、氧化物半导体有源层以及顶部的源、漏电极；所述AlOx双电层介质层通过AlOx前驱体溶液旋涂或者印刷，然后热处理制备，所述热处理温度为150～400℃；所述氧化物半导体有源层通过氧化物前驱体溶液旋涂或者印刷，然后热处理制备，所述热处理温度为200～300℃；所述AlOx前驱体溶液中包括硝酸铝、双氧水、硝酸和氨水。本专利技术提供了一种基于AlOx双电层的氧化物半导体薄膜晶体管神经仿生器件及其制备方法。具体的，在AlOx介质层的前驱体溶液中加入硝酸和氨水，利用溶液燃烧法反应形成带有离子通道和氢离子的AlOx双电层，通过在栅电极施加偏压，使得介质层中的离子移动到介质层界面边缘，在介质层/半导体界面处和介质层/栅电极界面处形成双电层。该双电层具有两种耦合原理：静电耦合和电化学掺杂。有源层沟道电导通过双电层静电耦合和电化学掺杂/脱掺杂效应分别产生易失性和非易失性变化，从而实现神经突触短程塑性和长程塑性行为。具体地，本专利技术选用的衬底为绝缘硬质衬底或者柔性衬底，优选地，所述绝缘硬质衬底为Si/SiO2、玻璃、蓝宝石中的一种，所述柔性衬底为PET或PI。所述氧化物半导体有源层为本领域常规使用的金属氧化物半导体，优选地，所述氧化物半导体有源层为InGaZnO、InZnO、In2O3、ZnO中的一种。进一步地，所述金属氧化物半导体有源层为In2O3。优选地，所述底栅电极为重掺Si或者金属。优选地，所述源漏电极为金属或者透明导电薄膜。进一步地，所述金属为Pt、Au或Al，所述透明导电薄膜为ITO。本专利技术采用AlOx薄膜为双电层介质，采用溶液法旋涂制备，前驱体溶液除了溶质硝酸铝和溶剂双氧水外，加入了适当浓度的硝酸和氨水，使得制得的AlOx薄膜中具有可动氢离子和离子通道，栅电极施加电压控制双电层的形成来控制有源层沟道的电导，当撤除电压后双电层不会迅速消失，下次施加的电压作用会在前一步基础上叠加，这种效应具有频率依赖性。同时，电场作用下引起的沟道电化学掺杂效应，可实现神经突触短程特性向长程特性的转变。本专利技术提供了一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件的制备方法，包括如下步骤：S1.采用重掺Si为衬底，同时重掺Si作为底栅电极使用；S2.配制AlOx前驱体溶液，备用；S3.配制氧化物半导体有源层的氧化物前驱体溶液，备用；S4.采用等离子体或者UV处理底栅电极表面，改善表面的亲水性；S5.在底栅电极表面室温下先旋涂或印刷AlOx前驱体溶液，然后热处理形成AlOx双电层介质层，热处理温度为150～400℃；再在AlOx双电层介质层的表面室温下旋涂或印刷氧化物前驱体溶液，热处理形成氧化物半导体有源层，热处理温度为200～300℃；S6.根据不同的沟道尺寸需要，对氧化物半导体有源层进行刻蚀；S7.蒸镀源、漏电极。优选地，在上述步骤中，S2.配制AlOx前驱体溶液：称量Al(NO3)3·9H2O溶质溶于过氧化氢溶液中，加入浓度为28％的氨水和浓度为65％-70％的硝酸，持续搅拌24h并过滤静置；S3.配制氧化物半导体有源层的氧化物前驱体溶液：称量In(NO3)3·5H2O溶质溶于过氧化氢溶液中，持续搅拌24h并过滤静置。本专利技术中，所述的AlOx双电层介质制备的前驱体溶液是硝酸盐的无机溶液，并添加硝酸和氨水，溶剂采用过氧化氢溶液；有源层前驱体溶液可以是InGaZnO、InZnO、In2O3、ZnO中的任意一种硝酸盐无机溶液，经过搅拌、过滤、静置等工艺配制而成。本专利技术在传统氧化物介质层前驱体溶液中加入硝酸和氨水，在介质薄膜中引入大量氢离子和离子通道，实现双电层效应。该晶体管通过施加电压形成双电层，调节电压的大小实现双电层的静电耦合和电化学掺杂/脱掺杂两种模式的调控，从而控制有源层沟道电导的改变，并具有驰豫特性，可实现神经突触的各种性能模拟。在本专利技术中，器件的底栅电极作用效果还可以用顶部浮栅电极来代替，方便多个器件阵列化，有望应用于集成电路的设计，对神经系统芯片的研发具有一定的价值。具体地，所述器件结构由下至上包括衬底、底栅电极、AlOx双电层介质层、氧化物半导体有源层以及顶部的浮栅电极和源、漏电极。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、通过AlOx前驱体溶液旋涂或者印刷，然后热处理制备形成AlOx双电层介质层，对设备要求较低、制备成本低、操作简单，并且可大面积制备。2、AlOx双电层介质层和氧化物半导体有源层的制备温度低，与柔性电路系统的兼容性好。3、器件的底栅电极作用效果还可以用顶电极浮栅电极来代替，方便多个器件阵列化，有望应用于集成电路的设计，对神经系统芯片的研发具有一定的价值。附图说明图1是本专利技术实施例1的基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件的结构剖面图。图2是本专利技术实施例1的基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件往返I-V转移特性曲线图。图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于AlO

【技术特征摘要】
1.一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件，其特征在于，所述器件结构由下至上包括衬底、底栅电极、AlOx双电层介质层、氧化物半导体有源层以及顶部的源、漏电极；所述AlOx双电层介质层通过AlOx前驱体溶液旋涂或者印刷，然后热处理制备，所述热处理温度为150～400℃；所述氧化物半导体有源层通过氧化物前驱体溶液旋涂或者印刷，然后热处理制备，所述热处理温度为200～300℃；
所述AlOx前驱体溶液中包括硝酸铝、双氧水、硝酸和氨水。


2.根据权利要求1所述的一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件，其特征在于，所述衬底为绝缘硬质衬底或者柔性衬底。


3.根据权利要求2所述的一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件，其特征在于，所述绝缘硬质衬底为Si/SiO2、玻璃、蓝宝石中的一种，所述柔性衬底为PET或PI。


4.根据权利要求1所述的一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件，其特征在于，所述氧化物半导体有源层为InGaZnO、InZnO、In2O3、ZnO中的一种。


5.根据权利要求4所述的一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件，其特征在于，所述金属氧化物半导体有源层为In2O3。


6.根据权利要求1所述的一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿生器件，其特征在于，所述底栅电极为重掺Si或者金属。


7.根据权利要求1所述的一种基于AlOx双电层薄膜晶体管的神经仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴艳丽，李贞文，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44