一种基于等离激元效应的异质结光电突触器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于等离激元效应的低维半导体光电突触器件的制备方法，从上到下包括上电极对、金属纳米颗粒层、低维半导体层、氧化物层、基底层和底电极，其中金属纳米颗粒层和低维半导体层为异质结层。通过本发明专利技术的金属纳米颗粒/低维半导体异质结制备方法制得的异质结应用于光电突触器件，相比现有同质结等制得的光电突触器件，光吸收效率高、光电转化效率高、光敏突触电流信号强。光敏突触电流信号强。光敏突触电流信号强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等离激元效应的异质结光电突触器件


[0001]本专利技术涉及神经形态电子学
，具体涉及一种基于等离激元效应的异质结光电突触器件。

技术介绍

[0002]类比人脑的神经突触功能，人工突触器件具有“感知”外部电刺激或光学刺激的关键能力，同时兼备信息的专递功能(称为“突触权重”)，其进一步表现为“学习”和“记忆”信息。许多人工器件已经报道了其在短期可塑性(STP)，长期可塑性(LTP)及其可塑性过渡调制方面具有先进的功能，如公开号为CN108777153A的中国专利技术专利，报道了一种多端输入突触器件及其可塑性调制方法，器件电导值在外部激励的调控下连续的发生变化实现学习记忆功能；再如公开号为CN111323654A的中国专利技术专利，报道了一种阻变器，通过施加不同信号的电压从而实现不同的电流曲线，达到不同的学习功能。然而，此类器件还处于研究初期，器件感知能力、新的器件原理和功能仍需进一步探索。
[0003]低维半导体材料(如过渡金属硫族化合物、石墨烯和黑磷等)因其灵活的异质集成、直接带隙光吸收和出色的光电转换效率，已被开发应用于人工突触器件，如公开号为CN111564499A的中国专利技术专利一种低压多功能电荷俘获型突触晶体管及其制备方法，报道了利用层状材料诱导界面俘获/去俘获机制实现突触，该器件光敏材料层为半导体/半导体异质结；以及公开号为CN111783975A的中国专利技术专利一种利用光和质子耦合作用模拟神经突触功能的方法，报道了光照诱导光与质子耦合,以质子迁移为主要机制的突触器件，该器件光敏材料层为半导体。然而这些材料由于纳米级超薄的厚度尺寸，对光响应的吸收有限(效率<8％)，此类人工突触器件的光响应敏感度偏低。
[0004]等离激元共振是电磁波激发下金属纳米结构中电子的集体振荡行为，可以在金属纳米结构周围产生巨大的电磁场增强，可在有限的维度空间显著提升光吸收效率，改善的人工光电器件的光响应性能。然而，基于等离激元效应的异质结光电突触器件还未见报道，该类器件的光敏异质结材料主要基于金属纳米结构层和半导体层，新型光敏异质结材料对光的敏感捕获将有望实现高性能的人工光电突出器件。
[0005]因此，有必要设计一种基于等离激元效应的异质结光电突触器件，能够有效解决低维半导体人工光电突触器件中光吸收效率低和光敏感度差等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的提供一种基于等离激元效应的异质结光电突触器件及其制备方法，旨在解决低维半导体作为突触器件沟道材料，所面临的光吸收效率低、光电转化效率差、光敏突触电流信号弱等问题。
[0007]本专利技术公开了一种基于等离激元效应的异质结光电突触器件，从上到下包括上电极对、金属纳米颗粒层、低维半导体层、氧化物层、基底层和底电极，其中金属纳米颗粒层和低维半导体层为异质结层；
[0008]所述的上电极对在金属纳米颗粒层和低维半导体层之上，为一对金属电极，分别作为器件的源、漏电极，电极材质可为金、银、铜和铝；
[0009]所述的金属纳米颗粒层和低维半导体异质结在上电极对和氧化物层之间，其中纳米颗粒均匀分布在低维半导体层上，即低维半导体层在下方，该异质结是整个器件的核心材料，重要的是，本专利技术提出的异质结的特殊制备工艺，使得半导体材料中引入金属原子替位掺杂，对整个光电突触器件的工作机理和工作性能起到了至关重要的作用，其中纳米颗粒可以为金纳米颗粒、银纳米颗粒，颗粒直径一般为10
‑
100nm，颗粒的附着浓度可通过技术手段实现调节；
[0010]所述的氧化物层在异质结层和基底层之间，材质可以为氧化硅、氧化镓、氧化锌、氧化铟、氧化镉、氧化锡等中的一种或者几种，本专利技术采用氧化硅，厚度为200
‑
300nm；
[0011]所述的基底层在氧化物层和底电极层之间，上与氧化物层连接，通常为硅片；
[0012]所述的底电极与基底层连接，一般是作为栅极功能使用的导电材料，材质可为金、银、铜和铝。
[0013]所述金属纳米颗粒层和低维半导体层异质结采用如下方法进行制备：
[0014]1)先配置一定浓度的金属纳米颗粒溶液；
[0015]2)将金属纳米颗粒溶液滴到预先准备好的低维半导体、氧化物层、基底层复合后的最上层低维半导体上进行旋涂；
[0016]3)静置蒸发一定时间，得到金属纳米颗粒复合层；
[0017]4)将步骤3后的复合层放置于典型的化学气相沉积系统的样品生长区，选择半导体层生长源控制生长参数，得到金属纳米颗粒/低维半导体异质结；
[0018]5)将步骤4)制得的金属纳米颗粒/低维半导体异质结通过微纳加工技术制备成光电突触器件。
[0019]优选的，金纳米颗粒溶液浓度为2mol/L。
[0020]优选的，静置蒸发时间为4
‑
12小时或低温烘烤10
‑
20分钟。
[0021]优选的，步骤4)中的生长源选用硫粉和氧化钼粉，生长参数包括：生长温度为700
‑
850℃，持续生长时间为20分钟。
[0022]上述方法得到的异质结中，金属原子在制备过程中掺杂到了半导体材料中，是本专利技术的核心技术，因而制得的器件工作原理为等离激元效应，具有实质创新性。
[0023]优选的，步骤5)具体的方法为：利用传统的光刻曝光系统或电子束曝光系统，在相应的金属纳米颗粒/低维半导体异质结区域设计曝光图形；曝光系统控制光源和电子束在掩膜版或图形模板辅助下，在特定区域实现图案加工曝光；经过显影、定影过程，曝光图形裸露；利用沉积系统，沉积导电层；最后经过去胶过程制备光电突出器件。
[0024]通过本专利技术的金属纳米颗粒/低维半导体异质结制备方法制得的异质结应用于光电突触器件，相比现有同质结等制得的光电突触器件，光吸收效率高、光电转化效率高、光敏突触电流信号强。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的光电突出器件结构图。
[0026]图2为本专利技术的光电突出器件的制备过程图。
[0027]图3为本专利技术的等离激元效应器件工作原理示意图。
[0028]图4为本专利技术中低维半导体材料的光吸收增强效果。
[0029]图5为本专利技术中光电突出器件在不同强度的光脉冲刺激下的光电性能图。
[0030]图6为本专利技术中光电突出器件在不同强度光照射下器件光响应度图。
[0031]图7为本专利技术中光电突出器件在不同频率的光脉冲刺激下的光电性能图。
具体实施方式
[0032]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，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作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。
[0034]本专利技术的技术方案为一种基于等离激元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等离激元效应的异质结光电突触器件，其特征在于，从上到下包括上电极对、金属纳米颗粒层、低维半导体层、氧化物层、基底层和底电极，其中金属纳米颗粒层和低维半导体层为异质结层；所述的上电极对在金属纳米颗粒层和低维半导体层之上，为一对金属电极，分别作为器件的源、漏电极，电极材质为金、银、铜和铝；所述的金属纳米颗粒层和低维半导体异质结在上电极对和氧化物层之间，其中纳米颗粒均匀分布在低维半导体层上；所述的氧化物层在异质结层和基底层之间，材质为氧化硅、氧化镓、氧化锌、氧化铟、氧化镉、氧化锡等中的一种或者几种；所述的基底层在氧化物层和底电极层之间，上与氧化物层连接；所述的底电极与基底层连接。2.根据权利要求1所述的基于等离激元效应的异质结光电突触器件，其特征在于，纳米颗粒为金纳米颗粒或银纳米颗粒，颗粒直径为10
‑
100nm。3.根据权利要求1所述的基于等离激元效应的异质结光电突触器件，其特征在于，氧化物层采用氧化硅，厚度为200
‑
300nm；基底层为硅片；底电极作为栅极功能使用的导电材料，材质为金、银、铜和铝。4.根据权利要求1所述的基于等离激元效应的异质结光电突触器件，其特征在于，低维半导体层材料选用硫化钼。5.根据权利要求2或3或4所述的基于等离激元效应的异质结光电突触器件，其特征在于，所述金属纳米颗粒层和低维半导体层异质结采用如下步骤进行制备：1)先配置一定浓度的金属纳米颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梓维，黄明，潘安练，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：