视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件及制备方法技术

本发明专利技术公开一种视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件及其制备方法。该视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件，包括：柔性衬底；背栅电极，其采用透明材料，形成在所述柔性衬底上；存储层，其为具有氧空位类型缺陷的氧化物薄膜，形成在所述背栅电极上；二维材料层，其在可见光波段范围内有响应，同时在弯曲的状态下发生电阻状态的改变，作为光感层以及机械应力感知层，形成在所述存储层上；源电极和漏电极，分别形成在所述二维材料层的两端，利用可见光波段的激光器与压折的方式可实现器件的电阻状态调节，将器件电阻的改变作为采集的信息，从而实现视觉与触觉信息的仿生感知。知。知。

【技术实现步骤摘要】
视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件及制备方法。

技术介绍

[0002]利用电子器件模拟生物体所具有的感知功能使电子具有更接近于高能效的生物体工作模式，对复杂环境做出智能地感知与决策，已经成为下一代智能电子的发展方向。
[0003]视觉与触觉是人体感知系统的重要组成部分，利用图像传感器与压力传感器分别可以实现图像信息与压力信息的采集与提取，对于高效信息感知起着关键作用。然而目前的传感器大多仅具有单一的传感功能，无法同时实现多种信息的感知。而且传感器的特点在于施加刺激时具有响应，撤去刺激后响应恢复。这样的特点使得传感器实现信息的存储与计算需借助模数转换器与外部电路将信息传递至独立的存储与计算单元，限制了信息的处理效率，导致了较高的功耗。
[0004]另一方面，神经形态计算通过采用存算一体的器件可在同一器件单元完成存储与计算的任务，避免传统冯
·
诺依曼式计算架构的存储与计算单元物理分离导致的带宽不匹配、功耗损失巨大等问题。利用神经形态计算器件实现视觉与触觉功能，可将信息感知、存储与计算实现集成，从而完成信息的即时感知与处理。
[0005]随着摩尔定律的发展，集成电路的特征尺寸不断缩小，但晶体管存在的短沟道效应等问题限制了尺寸的进一步微缩。二维材料作为一种仅为原子尺度厚度的材料，可在数纳米的厚度下稳定工作，为下一代半导体器件提供了可能。将其应用于视觉与触觉多功能的感知、存储与计算的物理元器件，对于后摩尔时代的高密度、低功耗电子的发展意义重大。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术设计制作了一种视觉与触觉感知集成的平面型仿生柔性神经形态器件，利用光刺激、压力刺激等多模式，借助二维材料天然的光感、压感能力，实现信息的感知与神经形态计算功能，用于构建视觉与触觉集成的类脑神经形态计算体系。
[0007]本专利技术公开一种视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件，包括：柔性衬底；背栅电极，采用透明材料，形成在所述柔性衬底上；存储层，其为具有氧空位类型缺陷的氧化物薄膜，形成在所述背栅电极上；二维材料层，其在可见光波段范围内有响应，同时在弯曲的状态下发生电阻状态的改变，作为光感层以及机械应力感知层，形成在所述存储层上；源电极和漏电极，分别形成在所述二维材料层的两端，利用可见光波段的激光器与压折的方式实现器件的电阻状态调节，采集器件电阻的变化信息，从而实现视觉与触觉信息的仿生感知。
[0008]本专利技术的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件中，优选为，所述二维材料是WSe2，MoS2或WS2。
[0009]本专利技术的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件中，优选为，所述柔性衬底为PEN、PET、PI或PDMS。
[0010]本专利技术的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件中，优选为，所述存储层为HfO2、ZrO2、Ta2O5、TiO2、MoO
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或Al2O3。
[0011]本专利技术的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件中，优选为，所述二维材料的厚度为1nm～30nm。
[0012]本专利技术还公开一种视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件制备方法，包括以下步骤：在柔性衬底上采用透明材料制备背栅电极；在所述背栅电极上形成具有氧空位类型缺陷的氧化物薄膜作为存储层；采用机械剥离方法在所述存储层上形成在可见光波段范围内有响应，同时在弯曲的状态下发生电阻状态改变的二维材料层，作为光感层以及机械应力感知层；在所述二维材料层的两端分别形成源电极和漏电极，利用可见光波段的激光器与压折的方式实现器件的电阻状态调节，采集器件电阻的变化信息，实现视觉与触觉信息的仿生感知。
[0013]本专利技术的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件制备方法中，优选为，所述二维材料是WSe2，MoS2或WS2。
[0014]本专利技术的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件制备方法中，优选为，所述柔性衬底为PEN、PET、PI或PDMS。
[0015]本专利技术的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件制备方法中，优选为，所述存储层为HfO2、ZrO2、Ta2O5、TiO2、MoO
x
或Al2O3。
[0016]本专利技术的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件制备方法中，优选为，所述二维材料层的厚度为1nm～30nm。
[0017]有益效果：
[0018](1)相比于传统单一感知功能的光电探测器或者压力传感器，光感与触感集成的平面型仿生器件可打破传统传感器的瓶颈，实现类似生物的多功能感知行为，高效地对多类型的信息进行收集，比单一的传感器更具优势。
[0019](2)利用神经形态器件实现视觉与触觉的感知，不仅可以实现原位计算，解决存储与计算单元的分离问题，而且可以解决信息采集与信息处理单元分离的问题，实现更为高效地信息感知与处理。
[0020](3)利用二维材料实现多功能的柔性神经形态器件可以实现优异的柔韧性以及尺寸微缩性，具有应用于亚纳米尺度电子器件的潜力，为后摩尔时代柔性电子的发展奠定了基础。
附图说明
[0021]图1是视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件制备方法流程图。
[0022]图2是形成金属标记后的器件结构示意图。
[0023]图3是形成背栅电极后的器件结构示意图。
[0024]图4是形成存储层后的器件结构示意图。
[0025]图5是形成二维材料层后的器件结构示意图。
[0026]图6是形成源电极和漏电极后的器件结构示意图。
[0027]图7是视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件的工作原理示意图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]此外，在下文中描述了本专利技术的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本专利技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件，其特征在于，包括：柔性衬底；背栅电极，采用透明材料，形成在所述柔性衬底上；存储层，其为具有氧空位类型缺陷的氧化物薄膜，形成在所述背栅电极上；二维材料层，其在可见光波段范围内有响应，同时在弯曲的状态下发生电阻状态的改变，作为光感层以及机械应力感知层，形成在所述存储层上；源电极和漏电极，分别形成在所述二维材料层的两端，利用可见光波段的激光器与压折的方式实现器件的电阻状态调节，采集器件电阻的变化信息，实现视觉与触觉信息的仿生感知。2.根据权利要求1所述的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件，其特征在于，所述二维材料是WSe2，MoS2或WS2。3.根据权利要求1所述的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件，其特征在于，所述柔性衬底为PEN、PET、PI或PDMS。4.根据权利要求1所述的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件，其特征在于，所述存储层为HfO2、ZrO2、Ta2O5、TiO2、MoO
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或Al2O3。5.根据权利要求1所述的视觉与触觉感知集成的仿生柔性神经形态器件，其特征在于，所述二维材料层的厚度为1nm～30nm。6.一种视觉与触觉感知集...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天宇，孟佳琳，陈琳，孙清清，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：