一种光电突触器件的制备及调制方法技术

本发明专利技术公开了一种光电突触器件的制备及调制方法，所述制备方法包括以下步骤：制备包含栅极层、介电层、源电极和漏电极的场效应晶体管结构；在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜；将石墨烯薄膜加工成导电沟道；在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，得到场效应晶体管结构的光电突触器件。本发明专利技术通过在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜，在石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，得到场效应晶体管结构的光电突触器件，本发明专利技术通过在石墨烯表面制备石墨炔薄膜，扩宽光波响应范围，并采用场效应晶体管结构实现光信号和电信号的调控，以满足复杂应用场景下的要求。本发明专利技术可广泛应用于人工神经网络技术领域。

Preparation and modulation of a photoelectric synaptic device

【技术实现步骤摘要】
一种光电突触器件的制备及调制方法
本专利技术涉及人工神经网络
，尤其是一种光电突触器件的制备及调制方法。
技术介绍
神经形态计算是近十年来发展最为迅速的技术之一，它通过模拟人类神经系统的边缘计算实现大量数据的高效并行处理，克服了传统冯诺依曼计算机由于将存储器和处理器分离所造成的计算延时和高能耗等缺点，对于推动人工智能、机器学习、自动驾驶等领域的发展具有重大意义。对于人工神经网络而言，大量的数据需要借助各种传感器从外部环境获得，其中最为重要的便是视觉传感器，有超过80％的信息是通过视觉获得的。因此，模拟人类视网膜的神经形态视觉系统的开发对于推动人工神经网络的实际应用具有重大意义。在最近两年，科学家开始将注意力从单纯研究器件的突触性能转向开发能直接对光信号进行响应的光电突触器件，实现对光信号探测和处理功能的整合，进一步简化电路，提升图像识别效率。然而，目前的光电突触器件只是简单地将光电响应功能集成到突触器件中，并且所响应的光波段范围极为有限，难以满足复杂应用场景下的要求。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于：提供一种光电突触器件的制备及调制方法。本专利技术实施例的第一方面提供了：一种光电突触器件的制备方法，其包括以下步骤：制备包含栅极层、介电层、源电极和漏电极的场效应晶体管结构；在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜；将石墨烯薄膜加工成导电沟道；在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，得到场效应晶体管结构的光电突触器件。<br>进一步地，所述在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜，其具体为：将采用化学气相沉积方法或者机械剥离石墨方法制备得到的石墨烯薄膜转移至源电极和漏电极上方。进一步地，所述石墨烯薄膜为单层或者多层薄膜。进一步地，所述将石墨烯薄膜加工成导电沟道，其具体为：采用标准光刻工艺和氧等离子体刻蚀将石墨烯薄膜加工成导电沟道。进一步地，所述在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，其具体为：通过溶液相范德华外延法在石墨烯表面合成石墨炔薄膜；或者通过转移方法将通过溶液偶联反应合成的石墨炔薄膜转移至石墨烯表面。进一步地，所述栅极材料为导电性材料，所述介电层的材料为绝缘材料。进一步地，所述场效应晶体管结构包括顶栅晶体管结构和背栅晶体管结构；当场效应晶体管结构为顶栅晶体管结构时，所述基底为玻璃、石英或者蓝宝石；当场效应晶体管结构为背栅晶体管结构时，所述基底为硅片。进一步地，所述源电极和漏电极为Cr/Au电极。本专利技术实施例的第二方面提供了：一种光电突触器件的调制方法，其包括以下步骤：在光电突触器件的源电极和漏电极之间施加第一偏压，在光电突触器件的栅极和源电极之间施加第一栅压，接着对光电突触器件施加光脉冲刺激；当光电突触器件实现长时程塑性后，在光电突触器件的栅极和源电极之间施加第二栅压，在光电突触器件的源电极和漏电极之间施加第二偏压。所述光电突触器件为通过上述的一种光电突触器件的制备方法制备得到。进一步地，所述光脉冲刺激的光源为波长为300nm-1000nm的LED光源或者激光光源，所述偏压大小为0.01V-1V。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜，将石墨烯薄膜加工成导电沟道，接着在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，得到场效应晶体管结构的光电突触器件，本专利技术通过在石墨烯表面制备石墨炔薄膜，扩宽光波响应范围，并采用场效应晶体管结构实现光信号和电信号的调控，以满足复杂应用场景下的要求。附图说明图1为本专利技术一种具体实施例的光电突触器件的制备方法的流程图；图2为本专利技术一种具体实施例的背栅结构的光电突触器件的结构示意图；图3为本专利技术一种具体实施例的顶栅结构的光电突触器件的结构示意图；图4为本专利技术一种具体实施例的光电突触器件在不同光照剂量下产生的易失性和非易失性存储行为示意图；图5为本专利技术一种具体实施例的光电突触器件的突触塑性受光强调控的效果示意图；图6为本专利技术一种具体实施例的光电突触器件的突触塑性受脉冲宽度调控的效果示意图；图7为本专利技术一种具体实施例的光电突触器件实现双脉冲易化功能的示意图；图8为本专利技术一种具体实施例的光电突触器件的双脉冲易化系数随脉冲间隔的变化示意图；图9为本专利技术一种具体实施例的光电突触器件的突触权重受脉冲数目调控的效果示意图；图10为本专利技术一种具体实施例的光电突触器件在不同波长脉冲刺激下产生光电流的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。参照图1，本专利技术实施例提供了一种光电突触器件的制备方法，其包括以下步骤：S310、制备包含栅极层、介电层、源电极和漏电极的场效应晶体管结构；S320、在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜；S330、将石墨烯薄膜加工成导电沟道；S340、在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜作为吸光层和电荷捕获层，得到场效应晶体管结构的光电突触器件。本实施例通过在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜，将石墨烯薄膜加工成导电沟道，接着在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，得到场效应晶体管结构的光电突触器件，本专利技术通过在石墨烯表面制备石墨炔薄膜，扩宽光波响应范围，并采用场效应晶体管结构实现光信号和电信号的调控，以满足复杂应用场景下的要求。作为优选的实施方式，所述在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜，其具体为：将采用化学气相沉积方法或者机械剥离石墨方法制备得到的石墨烯薄膜转移至源电极和漏电极上方。作为优选的实施方式，所述石墨烯薄膜为单层或者多层薄膜。在具体的应用过程中，选择单层还是多层薄膜，根据实际情况选择。作为优选的实施方式，所述将石墨烯薄膜加工成导电沟道，其具体为：采用标准光刻工艺和氧等离子体刻蚀将石墨烯薄膜加工成导电沟道。作为优选的实施方式，所述在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，其具体为：通过溶液相范德华外延法在石墨烯表面合成石墨炔薄膜；或者通过转移方法将通过溶液偶联反应合成的石墨炔薄膜转移至石墨烯表面。其中，所述石墨炔薄膜的厚度可根据实际需要调节。作为优选的实施方式，所述场效应晶体管结构包括顶栅晶体管结构和背栅晶体管结构；当场效应晶体管结构为顶栅晶体管结构时，所述基底为玻璃、石英或者蓝宝石等透明材料，所述栅极为ITO、FTO或者金属等导电性材料，所述介电层为SiO2、SiN、Al2O3、HfO2或者hBN等绝缘材料。当场效应晶体管结构为背栅晶体管结构时，所述基底为硅片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电突触器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n制备包含栅极层、介电层、源电极和漏电极的场效应晶体管结构；/n在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜；/n将石墨烯薄膜加工成导电沟道；/n在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，得到场效应晶体管结构的光电突触器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种光电突触器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
制备包含栅极层、介电层、源电极和漏电极的场效应晶体管结构；
在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜；
将石墨烯薄膜加工成导电沟道；
在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，得到场效应晶体管结构的光电突触器件。


2.根据权利要求1所述的一种光电突触器件的制备方法，其特征在于：所述在源电极和漏电极上方转移石墨烯薄膜，其具体为：
将采用化学气相沉积方法或者机械剥离石墨方法制备得到的石墨烯薄膜转移至源电极和漏电极上方。


3.根据权利要求2任一项所述的一种光电突触器件的制备方法，其特征在于：所述石墨烯薄膜为单层或者多层薄膜。


4.根据权利要求1所述的一种光电突触器件的制备方法，其特征在于：所述将石墨烯薄膜加工成导电沟道，其具体为：
采用标准光刻工艺和氧等离子体刻蚀将石墨烯薄膜加工成导电沟道。


5.根据权利要求1所述的一种光电突触器件的制备方法，其特征在于：所述在加工成导电沟道后的石墨烯薄膜表面制备石墨炔薄膜，其具体为：
通过溶液相范德华外延法在石墨烯表面合成石墨炔薄膜；
或者
通过转移方法将通过溶液偶联反应合成的石墨炔薄膜转移至石墨烯表面。

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁统部，王静静，陈旭东，张志成，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12