受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工光突触器件及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工光突触器件及制备方法，其特点下电极上依次旋涂无铅钙钛矿薄膜、有机铁电聚合物薄膜和沉积有机半导体薄膜为活性功能层，然后在功能层上热蒸镀上电极，构成垂直层状结构自供电湿度调控的两端人工突触器件，其制备具体包括：旋涂液的制备、无铅钙钛矿薄膜和有机铁电聚合物薄膜的旋涂和有机半导体薄膜的蒸镀及上电极的蒸镀。本发明专利技术与现有技术相比具有自供电、全光调控以及湿度调控在同一器件内同时实现兴奋性和抑制性突触行为等优点，能够在特定波长的光刺激作用下模拟典型的生物突触功能，可应用于构建人工神经网络系统，制备方法简单易行、成本低，且安全、环保。环保。环保。

【技术实现步骤摘要】
受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工光突触器件及制备方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及人工突触光电器件
，尤其是一种自供电的受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工光突触器件及制备方法。

技术介绍

[0003]由于存储和中央处理器的物理分离，传统的冯
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诺依曼架构的计算机在物联网时代面临严峻的挑战。实现物理层面的类脑神经形态计算主要依赖于人工突触器件，突触是神经网络中神经元之间的连接。到目前为止，生物突触的各种突触行为已经实现，包括长期可塑性(LTP)、短期可塑性(STP)和成对脉冲促进(PPF)。虽然突触行为已被广泛模拟，但大多数神经形态装置依赖电刺激来控制电导。此外，人类的知觉刺激几乎完全来自于外部来源（视觉、触觉、嗅觉、听觉或痛觉感受器），单靠电刺激是无法模拟的。与电刺激的人工突触相比，光信号刺激具有高带宽、低功耗、低串扰等优点，在神经形视觉系统中更具有吸引力。
[0004]全无机无铅双钙钛矿，特别是Cs2AgBiBr6，由于其具有环境稳定性、低毒性和溶液成膜方法简单等优点，已成为光电子器件中有机
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无机杂化钙钛矿的最有潜力的替代品之一，其具有较好的机械灵活性，更利于应用于需要大面积、低成本或柔性电子器件领域。此外，铁电材料是一种具有自发极化特性的功能材料，其极化状态可以由外加电场连续可逆地调节，且具有非易失性。因此，铁电材料被认为是新一代存储器的候选材料之一，具有三端结构晶体管器件通常采用铁电材料作为栅极绝缘体来控制器件的电导变化。
[0005]湿度是自然界中最常见的条件，对人体舒适度有影响，这表明湿度可以作为外部刺激用于调节突触行为。大多数有机半导体如并五苯对湿度敏感，吸附的水分子会影响载流子的产生、分离和重组。因此，湿度作为附加刺激，可以用于结合光脉冲来调节装置的突触性能，这为多端控制突触可塑性并简化制备工艺提供了一个崭新思路。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是提供一种自供电的受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工光突触器件及制备方法，通过有机铁电聚合物薄膜和有机并五苯的引入，降低器件能耗和提高多波段的光响应能力。器件能够以光信号为刺激模拟生物突触的行为，对不同波长（λ=445 nm/660 nm）的光刺激具有双向响应。这一特性使器件能够通过光刺激同时模拟兴奋性和抑制性突触行为，如长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD），双脉冲易化（PPF）和抑制（PPD）等。除光刺激外，湿度作为附加刺激来调节器件在445 nm光照下的突触性能。通过调节湿度，成功在同一波长（445 nm）刺激下实现兴奋性和抑制性突触行为。器件且具有零功耗、响应快、保持时间长、制备方法简单，成本低、安全、环保等优点。可应用于人工智能硬件和人工神经网络硬件方面的应用。
[0007]实现本专利技术目的的具体技术方案是：
一种受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工光突触器件，其特点是在下电极上分别旋涂一层无铅钙钛矿薄膜、有机铁电聚合物和热蒸发一层有机半导体薄膜作为功能层，然后在功能层上热蒸镀一层导体作为上电极，形成垂直层状结构自供电湿度调控的两端人工突触器件，应用于人工智能和人工神经网络的硬件上，所述下电极采用氧化铟锡导电玻璃；所述上电极为金、铝或铂制备的金属电极；所述无铅钙钛矿为铯银铋溴或铯银铋氯；所述有机铁电聚合物为聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯
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三氟乙烯共聚物，所述有机半导体薄膜为并五苯。
[0008]一种受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工光突触器件的制备方法，具体包括以下步骤：（一）衬底的清洗将衬底依次经过去离子水、丙酮、乙醇和异丙醇中超声清洗10~20分钟，用氮气将衬底表面吹干后置于干燥箱中待用。
[0009]（二）制备旋涂溶液将卤化铯（CsX）、卤化银（AgX）和卤化铋（BiX3）按摩尔比为2∶1∶1称量后溶解于二甲基亚砜（DMSO）中，在大气环境中将溶液加热到65~70℃温度下搅拌2~3小时，得到浓度为0.5摩尔每升的的无铅钙钛矿溶液A。
[0010]将有机铁电聚合物粉末溶解于碳酸二乙酯或丁酮中，在大气环境中将溶液加热到70~75℃温度下搅拌2~3小时，得到10mg~25mg/mL的无色澄清透明的有机铁电聚合物溶液B；所述碳酸二乙酯或丁酮浓度为99%。
[0011]（三）无铅钙钛矿薄膜、有机铁电聚合物薄膜和有机半导体薄膜的制备用移液枪取适量无铅钙钛矿溶液A，滴加在旋转的步骤（一）所清洗过的衬底上，旋转速度为500~3000 r/s，旋转时间为50~60s，将旋涂后的薄膜移入真空干燥箱抽真空5~10分钟，然后在280~285℃温度下退火5~10分钟，获得无铅钙钛矿薄膜；待已沉积无铅钙钛矿薄膜的薄板冷却至室温后，在旋转速度为500 ~4000 r/s的范围内，滴加有机铁电聚合物溶液B，在135~140℃温度下退火2~4小时，在无铅钙钛矿薄膜上制备有机铁电聚合物薄膜。最后在已退火结束的有机铁电聚合物薄膜/无机钙钛矿薄膜异质结上通过有机热蒸发蒸镀仪沉积一层有机薄膜，厚度约为50
‑
120nm，沉积速率为1.0~2.5 埃每秒。
[0012]（四）制备人工突触器件将掩模版覆盖在有机薄膜表面，通过热蒸发技术，获得50~60纳米厚度的金属上电极，制得的器件为铁电调控的两端人工突触，所述热蒸发的真空度为2~6
×
10
‑4帕，沉积速率为0.5~0.9埃每秒，蒸镀时间为25~30分钟。
[0013]所述有机铁电聚合物为聚偏二氟乙烯（PVDF）或聚偏二氟乙烯
‑
三氟乙烯共聚物（P(VDF
‑
TrFE)）；所述无铅钙钛矿为铯银铋溴（Cs2AgBiBr6）或铯银铋氯（Cs2AgBiCl6）；所述有机薄膜为并五苯；所述衬底为下电极为氧化铟锡导电玻璃；所述上电极为金、铝、铂等金属；所述无铅钙钛矿薄膜的厚度为150~250纳米；有机铁电聚合物的厚度为60~300纳米；所述并五苯有机薄膜的厚度为50
‑
120 nm。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有以下有益的技术效果和显著进步：1）利用有机铁电聚合物薄膜的铁电极化内建电场来调节界面之间的势垒，控制光生电子和光生空穴的产生和复合，从而简化器件结构，降低器件能耗和提高光电流的保持
时间。
[0015]2）结合无铅双钙钛矿与有机薄膜的吸收特性，该器件对445和660 nm的光脉冲具有双向响应。在全光调控下成功模拟了LTP、LTD、PPF和PPD等突触功能。
[0016]3）此外，该器件的光电响应受湿度的影响。以湿度作为外部刺激，结合445 nm光脉冲来调节器件的突触性能。在湿度和光脉冲的协同调制下，兴奋性和抑制性突触可塑性在单一器件中实现。其制备方法操作步骤简单，原料易得，成本低，耗能少，效率高，易于实施；整个制备过程安全、环保。
附图说明
[0017]图1为实施例1制备的自供电人工光突触器件结构示意图；图2为实施例1制备的器件在445nm和660nm波长单个光脉冲刺激后的突本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工光突触器件，其特征在于，下电极上依次旋涂无铅钙钛矿薄膜和有机铁电聚合物薄膜为半导体活性功能层，然后在功能层上热蒸镀一层导体作为上电极，形成垂直层状结构的所述受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工突触器件，能够应用于构建人工神经网络系统；其中，所述下电极为氧化铟锡导电玻璃；所述导体为金、铝或铂；所述无铅钙钛矿为铯银铋溴或铯银铋氯；所述有机铁电聚合物为聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯
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三氟乙烯共聚物；所述有机半导体为并五苯。2.一种受湿度调节的两端无铅钙钛矿人工光突触器件的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（一）衬底的清洗将衬底依次在去离子水、丙酮、乙醇和异丙醇溶液中超声清洗10~20分钟，然后用氮气将衬底表面吹干后置于干燥箱中待用，所述衬底为氧化铟锡导电玻璃作下电极；（二）旋涂液的制备将卤化铯、卤化银、卤化铋和二甲基亚砜按2：1：1：28~50摩尔比混合，在70~75℃温度下搅拌2~3小时，制得无铅钙钛矿溶液A；将有机铁电聚合物粉末溶解于碳酸二乙酯或丁酮中，在70~75℃温度下搅拌2~3小时，制得有机铁电聚合物溶液B，所述有机铁电聚合物与碳酸二乙酯或丁酮的质量体积比为10mg~25mg∶1ml；所述碳酸二乙酯或丁酮浓度为99%；（三）无铅钙钛矿薄膜的制备将无铅钙钛矿溶液A旋涂在清洗后的衬底上，旋涂后真空干燥5~10分钟，然后在280~285℃温度下退火...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晖，劳婕，蒋纯莉，罗春花，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：