一种基于异质结钙钛矿的突触器件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种基于异质结钙钛矿的突触器件及其制备方法和应用，属于光子集成器件与人工神经网络技术领域，包括衬底及所述衬底上依次叠层设置的功能层和反射膜；所述功能层包括设置于所述衬底上的3D钙钛矿层，以及所述3D钙钛矿层上设置的2D钙钛矿层，所述3D钙钛矿层与所述2D钙钛矿层之间形成异质结；所述功能层上还间隔设有两个金属电极；所述反射膜与两个所述金属电极的上表面相接触。本发明专利技术采用不同能量的光源作为输入信号，钙钛矿薄膜中的电子被激发到导带释放额外的能量以消除结构中的缺陷，使光生粒子浓度改变，突触后电流变化，以此实现可以对颜色进行识别的突触功能。此实现可以对颜色进行识别的突触功能。此实现可以对颜色进行识别的突触功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于异质结钙钛矿的突触器件及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光子集成器件与人工神经网络
，尤其涉及一种基于异质结钙钛矿的突触器件及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]半个多世纪以来，冯
·
诺依曼体系结构构成了计算机科学的基础，它自1945年提出后便一直沿用至今。在冯
·
诺依曼体系结构中，计算机的中央处理器(CPU)和存储器完全分离，指令和数据并无区分的存储在一个存储器中，CPU通过提出特定指令从存储器中读取数据并进行计算，再将数据结果返回存储器中保存。如今数据量猛增，CPU的处理速度越来快，而CPU与存储器之间的数据传输率与CPU的计算效率相比之下非常小，这将限制CPU的性能以及计算机的整体效率，导致所谓的冯
·
诺伊曼瓶颈。
[0003]对于CPU来说，一旦被制作出来，功能也就确定了，它更擅长处理固定输入信号格式的数据，对应结构的功能也是固定的。一旦面对需要推演、非结构化的信息，比如图像识别、自我学习等等，可能就会出错。人脑微观结构的灵活性使得其数据处理能力远超CPU。神经元是人脑的基本单位，而突触是神经元之间连接以及协同处理任务的关键部位。因此，模拟人脑中突触功能来制成类突触器件实现计算，成为当下的热点。
[0004]目前，大部分的突触器件都是以电刺激作为输入信号，比如南开大学在其申请的专利文献“一种基于有机/无机杂化钙钛矿的两端人造突触电子器件的制备方法”(申请号：201910166108.0)中公开了一种以电脉冲为输入信号的突触器件，该器件的功能层直接由单一的钙钛矿材料组成，制备成本低，工艺简单。但该器件仍然存在不足的地方，单一的电输入具有低带宽以及易造成串扰等缺点，这使得器件的可靠性大大降低。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于异质结钙钛矿的突触器件及其制备方法。本专利技术通过制备包含衬底、2D/3D功能层、金属电极和反射膜的垂直类光电突触器件，采用非接触性光源作为类突触器件的信号输入可以有效解决上述电刺激类突触器件功耗损失、传播延迟等互联问题。
[0006]本专利技术的一种基于异质结钙钛矿的突触器件及其制备方法和应用是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种基于异质结钙钛矿的突触器件，包括衬底以及所述衬底上依次叠层设置的功能层和反射膜；
[0008]所述功能层包括设置于所述衬底上的3D钙钛矿层，以及所述3D钙钛矿层上设置的2D钙钛矿层，所述3D钙钛矿层与所述2D钙钛矿层之间形成异质结；
[0009]所述2D钙钛矿层上间隔设有两个金属电极；
[0010]所述反射膜与两个所述金属电极的上表面相接触。
[0011]进一步地，所述3D钙钛矿层的材质为MAPbI3、CsPbI2Br、FAPbBr3中的任意一种。
[0012]进一步地，所述2D钙钛矿层是通过以下步骤制备的：
[0013]将2D钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述3D钙钛矿层上，经退火处理后，即在所述3D钙钛矿层上形成了所述2D钙钛矿层。
[0014]进一步地，所述2D钙钛矿前驱体溶液为含有BAI的溶液、或含有ATHP和PbBr2的混合溶液、或含有BAI和PbI2的混合溶液。
[0015]进一步地，所述2D钙钛矿前驱体溶液为含有ATHP和PbBr2的混合溶液或含有BAI和PbI2的混合溶液时，所述2D钙钛矿层是通过所述2D钙钛矿前驱体溶液在所述3D钙钛矿层上反应制得的。
[0016]进一步地，所述2D钙钛矿前驱体溶液为含有BAI的溶液时，所述2D钙钛矿层是通过所述2D钙钛矿前驱体溶液与所述3D钙钛矿层表面反应制得的。
[0017]进一步地，退火温度为140
‑
160℃，退火时间为0.5
‑
2min。
[0018]进一步地，所述3D钙钛矿层的厚度为300
‑
500nm；所述2D钙钛矿层的厚度为100
‑
200nm；
[0019]两个所述金属电极之间间隔100
‑
150μm，且厚度均为40
‑
50nm；
[0020]所述反射膜厚度为80
‑
100nm。
[0021]本专利技术的第二个目的是提供一种上述突触器件的制备方法，包括以下步骤：
[0022]步骤1，衬底的预处理：将衬底依次放入洗涤剂、去离子水、有机溶剂中进行超声清洗，干燥后通过氧气等离子体处理，即得到预处理过的衬底；
[0023]步骤2，制备功能层：将3D钙钛矿前驱体溶液旋涂在衬底上，经退火处理后，使其沉积于所述衬底上并形成薄膜，即在所述衬底上形成3D钙钛矿层；将2D钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述3D钙钛矿层上，经退火处理后，在所述3D钙钛矿层上形成2D钙钛矿层，即得到所述功能层；
[0024]步骤3，制备金属电极：通过掩模版在真空度为5
×
10
‑4Pa的条件下蒸镀获得左右间隔100
‑
150μm，厚度为40
‑
50nm的金属电极；
[0025]步骤4，在功能层和金属电极上方通过溶胶
‑
凝胶法获得接触功能层处厚度为80
‑
100nm的反射膜。
[0026]本专利技术的第三个目的是提供突触器件在模拟人脑中突触功能方面的应用。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0028]本专利技术的突触器件采用非接触性光源作为信号输入可以改善电输入器件带宽不足、串扰较高和功耗较大等方面的缺陷。利用不同光能的输入激发钙钛矿薄膜中电子迁移释放额外能量以改变缺陷浓度，引起变化的光电流，完成具有颜色识别的功能。
[0029]本专利技术的突触器件中的功能层采用2D/3D异质结钙钛矿结构可以中和2D材料量子尺寸效应限制和3D材料不稳定性的缺陷。将纯相的2D钙钛矿引入可钝化3D钙钛矿表面的缺陷，延长载流子的寿命，实现对水氧不敏感的同时也获得高载流子迁移率。2D钙钛矿对层间有机阳离子的有序排列与无机层的相对位移驱动了铁电相变，且2D钙钛矿铁电体中自发极化与光的耦合有利于光生载流子的解离，也给予了材料横向上较高的内置电场，有利于光电活动。
[0030]本专利技术的反射膜可以增加光投射，减少光反射，使功能层最大程度的吸收光源，减少光损失。
附图说明
[0031]图1为生物突触示意图；
[0032]图2为本专利技术的结构示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0034]实施例1
[0035]请参阅图2，本实施例提供一种基于异质结钙钛矿的突触器件，包括衬底1、功能层2、两个金属电极3和反射膜4；所述功能层2包括设置于衬底1上的3D(三维)钙钛矿层21，以及3D钙钛矿层21上设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异质结钙钛矿的突触器件，其特征在于，包括衬底及所述衬底上依次叠层设置的功能层和反射膜；所述功能层包括设置于所述衬底上的3D钙钛矿层，以及所述3D钙钛矿层上设置的2D钙钛矿层，所述3D钙钛矿层与所述2D钙钛矿层之间形成异质结；所述2D钙钛矿层上间隔设有两个金属电极；所述反射膜与两个所述金属电极的上表面相接触。2.如权利要求1所述的突触器件，其特征在于，所述3D钙钛矿层为MAPbI3、CsPbI2Br、FAPbBr3中的任意一种。3.如权利要求2所述的突触器件，其特征在于，所述2D钙钛矿层是通过以下步骤制备的：将2D钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述3D钙钛矿层上，经退火处理后，即在所述3D钙钛矿层上形成了所述2D钙钛矿层。4.如权利要求3所述的突触器件，其特征在于，所述2D钙钛矿前驱体溶液为含有BAI的溶液、或含有ATHP和PbBr2的混合溶液、或含有BAI和PbI2的混合溶液。5.如权利要求4所述的突触器件，其特征在于，所述2D钙钛矿前驱体溶液为含有ATHP和PbBr2的混合溶液或含有BAI和PbI2的混合溶液时，所述2D钙钛矿层是通过所述2D钙钛矿前驱体溶液在所述3D钙钛矿层上反应制得的。6.如权利要求4所述的突触器件，其特征在于，所述2D钙钛矿前驱体溶液为含有BAI的溶液时，所述2D钙钛矿层是通过所述2D钙钛矿前驱体溶液与所述3D钙钛矿层表面反应制得的。7.如权利要求3所述的突触器件，其特征在于，所述退火温度为140
‑
160℃，退火时间为5
‑
15min。8.如权利要求1所述的突触...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏杰，林珍华，罗晓，常晶晶，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：