金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其包括衬底、栅电极、介电层、第一有源层、第二有源层、二维电子气层、以及源电极和漏电极，第一有源层为金属氧化物异质结电刺激有源层，第二有源层为金属氧化物异质结光刺激有源层，第一有源层通过电脉冲信号刺激调制源电极和漏电极之间的电导率从而实现基于电刺激调制的突触可塑性，第二有源层在白光或不同波长的光刺激下产生兴奋性突触后电流并实现基于光刺激调制的突触可塑性，集成了光刺激和电刺激调制的突触可塑性于单个晶体管上，结构简单，二维电子气实现较高的载流子迁移率，从而提高突触晶体管的性能，且可运用于可穿戴设备，柔性电子器件等器件上。

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管及其制备方法
本专利技术涉及一种金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管及其制备方法，属于半导体器件

技术介绍
近些年，由于智能时代带来的大数据和人机交互的需求，传统冯诺依曼计算机架构遇见了诸如功耗高和体积大的瓶颈，难以满足未来人工智能计算的需求。基于神经算法的类人脑计算机系统的发展展示出了在后摩尔定律时代下突破传统冯诺依曼计算机系统瓶颈的潜力。有别于传统计算系机，人脑在较小的体积下展示出了能够大量数据处理，高效且低功耗的信息传输和计算的优点。生物学上，人脑由超过1015个突触以及1011个神经元构成，连接着神经元的突触在人脑信息传输中起到关键性的作用，因此，仿生突触器件是发展类人脑计算机以及仿生人工智能系统发展的基石。近年来，基于金属氧化物材料的电子器件在仿生突触器件的实现上展示出了极大的潜力，同时多种能够在电学刺激或外界光刺激实现仿生突触功能的电子器件得到了广泛研究。但是若要实现多种电学刺激以及光学刺激仿生突触功能，往往需要集成多个器件以及相关电路，不利于应用于可穿戴设备，柔性电子器件，仿生视网膜与仿生皮肤等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种集成了电刺激调制的突触可塑性和光刺激调制的突触可塑性的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，所述金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管包括衬底、形成在所述衬底上的栅电极、形成在所述栅电极上的介电层、形成在所述介电层上的第一有源层、形成在所述第一有源层的第二有源层、形成在所述第一有源层和所述第二有源层之间的二维电子气层、以及形成在所述第二有源层上的源电极和漏电极，所述第一有源层为金属氧化物异质结电刺激有源层，所述第二有源层为金属氧化物异质结光刺激有源层，所述第一有源层通过所述介电层被所述栅电极上施加的电脉冲信号刺激产生兴奋性突触后电流，并且所述第一有源层通过电脉冲信号刺激调制所述源电极和漏电极之间的电导率从而实现基于电刺激调制的突触可塑性，所述第二有源层在白光或不同波长的光刺激下产生兴奋性突触后电流并实现基于光刺激调制的突触可塑性。进一步地，所述第一有源层的材料为氧化铟半导体。进一步地，所述第二有源层的材料为氧化锌半导体。进一步地，所述介电层的材料为具有高介电常数的金属氧化物。进一步地，所述具有高介电常数的金属氧化物为具有突触效应的高介电常数金属氧化物或具有铁电极化特性的高介电常数金属氧化物。进一步地，所述衬底为玻璃、二氧化硅、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的任一种。进一步地，所述栅电极、源电极以及漏电极的材料为氧化铟锌、氧化铟锡、氧化锌铝、氮化钛、金、银、铜、铝中的一种或两种以上的组合。本专利技术还一种金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管的制备方法，所述制备方法用以制备所述的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，所述制备方法包括：S1、提供衬底，对所述衬底进行清洗和亲水处理；S2、在所述衬底上制备栅电极；S3、对所述栅电极亲水处理并利用水溶液法，在所述栅电极上制备介电层；S4、利用水溶液法，在所述介电层上制备第一有源层；S5、利用水溶液法，在所述第一有源层上制备第二有源层；S6、利用热蒸发工艺，在所述第二有源层上制备源电极和漏电极，得到金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管。进一步地，所述第一有源层的具体制备步骤为：制备第一有源层前驱体溶液，并将所述第一有源层前驱体溶液滴于所述介电层上；以2000-6000rpm的速度在空气中旋涂10-60s；在250-350℃的温度下退火。进一步地，所述第二有源层的具体制备步骤为：制备第二有源层前驱体溶液，并将所述第二有源层前驱体溶液滴于所述第一有源层上；以2000-6000rpm的速度在空气中旋涂10-60s；在250-350℃的温度下退火。本专利技术的有益效果在于：(1)金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管集成了光刺激调制的突触可塑性和电刺激调制的突触可塑性于单个晶体管上，结构简单。(2)金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管的介电层、第一有源层和第二有源层的材料均为金属氧化物，可见光透过性高且可运用于柔性衬底上，以此可应用于可穿戴设备，柔性电子器件，仿生视网膜与仿生皮肤等器件上。(3)第一有源层和第二有源层构成了金属氧化物异质结结构，两者之间形成的二维电子气实现较高的载流子迁移率，从而提高突触晶体管的性能。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为本专利技术所示的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管的结构示意图；图2为图1中所示的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管在不同光强光脉冲信号下的兴奋性突触后电流图，其中光脉冲信号由光源输入电压分别为3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V、10V产生的白光脉冲信号；图3为图1中所示的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管在不同电刺激脉冲信号下的兴奋性突触后电流图，其中电刺激脉冲信号的电压分别为1V、1.5V、2V；图4为图1中所示的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管的转移特性曲线。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。请参见图1，本专利技术一实施例所示的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其包括衬底001、形成在衬底001上的栅电极002、形成在栅电极002上的介电层003、形成在介电层003上的第一有源层004、形成在第一有源层004的第二有源层006、形成在第一有源层004和第二有源层006之间的二维电子气层005、以及形成在第二有源层006上的源电极007和漏电极008。第一有源层004为金属氧化物异质结电刺激有源层，第二有源层006为金属氧化物异质结光刺激有源层，第一有源层004通过介电层003被栅电极002上施加的电脉冲信号刺激产生兴奋性突触后电流，并且第一有源层004通过电脉冲信号刺激调制源电极007和漏电极008之间的电导率从而实现基于电刺激调制的突触可塑性，第二有源层006在白光或不同波长的光刺激下产生兴奋性突触后电流并实现基于光刺激调制的突触可塑性。并且，该光刺激可以为光脉冲信号刺激，通过光脉冲信号刺激，第二有源层006产生兴奋性突触后电流，以此调制电导率从而实现基于光刺激的突触可塑性。其中，第一有源层004的材料为氧化铟半导体，其厚度范围为5-50nm。第二有源层006的材料为氧化锌半导体，其厚度范围为5-50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其特征在于，所述金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管包括衬底、形成在所述衬底上的栅电极、形成在所述栅电极上的介电层、形成在所述介电层上的第一有源层、形成在所述第一有源层的第二有源层、形成在所述第一有源层和所述第二有源层之间的二维电子气层、以及形成在所述第二有源层上的源电极和漏电极，所述第一有源层为金属氧化物异质结电刺激有源层，所述第二有源层为金属氧化物异质结光刺激有源层，所述第一有源层通过所述介电层被所述栅电极上施加的电脉冲信号刺激产生兴奋性突触后电流，并且所述第一有源层通过电脉冲信号刺激调制所述源电极和漏电极之间的电导率从而实现基于电刺激调制的突触可塑性，所述第二有源层在白光或不同波长的光刺激下产生兴奋性突触后电流并实现基于光刺激调制的突触可塑性。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其特征在于，所述金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管包括衬底、形成在所述衬底上的栅电极、形成在所述栅电极上的介电层、形成在所述介电层上的第一有源层、形成在所述第一有源层的第二有源层、形成在所述第一有源层和所述第二有源层之间的二维电子气层、以及形成在所述第二有源层上的源电极和漏电极，所述第一有源层为金属氧化物异质结电刺激有源层，所述第二有源层为金属氧化物异质结光刺激有源层，所述第一有源层通过所述介电层被所述栅电极上施加的电脉冲信号刺激产生兴奋性突触后电流，并且所述第一有源层通过电脉冲信号刺激调制所述源电极和漏电极之间的电导率从而实现基于电刺激调制的突触可塑性，所述第二有源层在白光或不同波长的光刺激下产生兴奋性突触后电流并实现基于光刺激调制的突触可塑性。


2.如权利要求1所述的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其特征在于，所述第一有源层的材料为氧化铟半导体。


3.如权利要求1所述的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其特征在于，所述第二有源层的材料为氧化锌半导体。


4.如权利要求1所述的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其特征在于，所述介电层的材料为具有高介电常数的金属氧化物。


5.如权利要求4所述的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其特征在于，所述具有高介电常数的金属氧化物为具有突触效应的高介电常数金属氧化物或具有铁电极化特性的高介电常数金属氧化物。


6.如权利要求1所述的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其特征在于，所述衬底为玻璃、二氧化硅、聚酰亚胺、聚对苯二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘启晗，赵春，赵策洲，刘伊娜，杨莉，
申请(专利权)人：西交利物浦大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32