本发明专利技术提供一种自供能光控突触晶体管及其应用，自供能双向光控突触晶体管包括人工突触晶体管、钙钛矿太阳能电池一、钙钛矿太阳能电池二；钙钛矿太阳能电池一的阴极通过导线与人工突触晶体管的栅电极连接，其阳极通过导线与人工突触晶体管的源电极连接；钙钛矿太阳能电池二的阴极通过导线与人工突触晶体管的源电极连接，其阳极通过导线与人工突触晶体管的另一栅电极连接。本发明专利技术不仅通过钙钛矿太阳能电池与人工突触晶体管栅电极连接实现了自供能概念，而且通过控制钙钛矿太阳能电池的阴阳极与人工突触晶体管的连接方式，在人工突触晶体管上实现了正负电导效应，从而实现了在人工突触晶体管上的双向调控神经形态行为。突触晶体管上的双向调控神经形态行为。突触晶体管上的双向调控神经形态行为。
【技术实现步骤摘要】
一种自供能双向光控突触晶体管及其应用
[0001]本专利技术属于半导体器件
，尤其涉及一种自供能双向光控突触晶体管及其应用。
技术介绍
[0002]近年来，随着对光电突触晶体管的研究越来越多，对正负电导的研究也是科学家们一直在努力的方向。就目前的研究而言，通过光调控从而实现正负电导效应仍然是一种困难。对于各种各样的光电突触，器件的电导只能通过光和电信号的组合来可逆调谐，这种操作方案大大降低了光电数控的吸引力。对于突触晶体管，通过组合器件的方式，从而实现光对晶体管正负电导的调控，目前对于此类研究尚未有过相关报导。此外自供能效应能够大大减少系统的功耗，但暂时没有关于将自供能与正负电导效应结合在一起，实现自供能视觉神经系统的突触晶体管。
技术实现思路
[0003]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种自供能光控突触晶体管及其应用，其不仅通过钙钛矿太阳能电池与人工突触晶体管栅电极连接实现了自供能概念，而且通过控制钙钛矿太阳能电池的阴阳极与人工突触晶体管的连接方式，在人工突触晶体管上实现了正负电导效应，从而实现了在人工突触晶体管上的双向调控神经形态行为。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0005]一种自供能双向光控突触晶体管，包括人工突触晶体管、钙钛矿太阳能电池一、钙钛矿太阳能电池二；所述钙钛矿太阳能电池一的阴极通过导线与人工突触晶体管的栅电极连接，其阳极通过导线与人工突触晶体管的源电极连接；所述钙钛矿太阳能电池二的阴极通过导线与人工突触晶体管的源电极连接，其阳极通过导线与人工突触晶体管的另一栅电极连接。
[0006]本专利技术将人工突触晶体管、两个钙钛矿太阳能电池进行组合，构成由钙钛矿太阳能电池与突触晶体管构成的人工视觉感知装置。通过光照在钙钛矿太阳能电池上，从而产生电压，驱动人工突触晶体管沟道产生电流，这种连接方式取代外加电压的作用，通过自驱动方式大大降低了人工视觉感知系统的功耗。通过对钙钛矿太阳能电池和突触器件进行组合和构建，实现了自供能视觉感知系统。
[0007]优选的，所述人工突触晶体管为三端突触晶体管，所述人工突触晶体管包括玻璃衬底，形成在所述玻璃衬底上的源电极、漏电极、多个栅电极以及半导体层；所述源电极、漏电极与半导体层连接，多个所述栅电极通过介电层与半导体层连接；所述半导体层为氧化铟；所述栅电极、源电极、漏电极均为铝电极；所述介电层为离子凝胶。
[0008]优选的，所述人工突触晶体管的制备方法包括以下步骤：
[0009]1)采用磁控溅射的方法在玻璃衬底上沉积半导体层；
[0010]2)然后采用真空蒸镀的方法在半导体层外的玻璃衬底上蒸镀源电极、漏电极和栅电极；
[0011]3)最后采用丝网印刷的方法将离子凝胶前驱体溶液连续覆盖在半导体层、部分玻璃衬底以及部分栅电极上，干燥后形成介电层，使多个所述栅电极通过介电层与半导体层连接。
[0012]本专利技术中，利用氧化铟薄膜和离子凝胶技术制备了人工突触晶体管，基于离子凝胶电解质作为栅介电层，电解质中的离子可以在外加电场作用下移动并积聚在半导体和电解质之间的界面上，从而导致在该界面处形成具有高电容的双电层。利用离子凝胶电解质巨大的双电层电容既可以有效地实现器件的超低电压工作，又可以利用离子运动引发的弛豫来模拟突触可塑性，在突触模拟中展现出巨大的潜力。对于以氧化铟作为半导体层(即沟道层)的人工突触晶体管，具有低成本、制备工艺简单，可在室温条件下通过磁控溅射方法大面积沉积，成膜均匀等优点，是现在用于视觉神经形态系统的优选器件。
[0013]优选的，步骤1)具体包括以下步骤：将待清洗的玻璃衬底在酒精中用棉签进行擦拭清洗，然后分别用丙酮、去离子水和异丙醇超声清洗20分钟，再使用氮气吹干，备用；以氧化铟作为靶材，采用磁控溅射的方法沉积在玻璃衬底上，形成半导体层，磁控溅射过程中通入氩气和氧气，氩气和氧气的体积流量比为40:(4
‑
6)；
[0014]步骤2)具体包括以下步骤：使用掩模技术，在高真空镀膜仪中通过热蒸发的方法在半导体层外的玻璃衬底上蒸镀源电极、漏电极和栅电极；并使源电极、漏电极与半导体层形成欧姆接触；其中真空度低于8
×
10
‑4Pa。
[0015]优选的，步骤3)中，所述离子凝胶前驱体溶液的制备方法包括以下步骤：将高分子聚合物、离子液、丙酮按照1:4:(6
‑
7)的质量比混合，在60
‑
70℃下搅拌加热6
‑
8小时，转速为600
‑
1500转/min，得离子凝胶前驱体溶液；
[0016]所述高分子聚合物为偏二氟乙烯
‑
共
‑
六氟丙烯P(VDF
‑
HFP)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇树脂(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及聚苯乙烯(PS)中的任意一种或多种。
[0017]优选的，所述钙钛矿太阳能电池一、钙钛矿太阳能电池二均从下至上依次包括ITO电极、SnO2电子传输层、钙钛矿电池活性层、P型Sprio空穴传输层和Ag电极；所述ITO电极与Ag电极处均引出导线，所述ITO电极作为上述钙钛矿太阳能电池的阴极，所述Ag电极作为上述钙钛矿太阳能电池的阳极。
[0018]所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿电池活性层对某些波长的光具有敏感性，当钙钛矿太阳能电池处在光照下，会使活性层中的电子空穴对产生分离，通过SnO2电子传输层和P型Sprio空穴传输层的作用，最后在阴阳电极间产生电压。本专利技术钙钛矿太阳能电池具有较好的光电转换效率。
[0019]作为一个总的专利技术构思，本专利技术提供了一种自供能双向光控突触晶体管的应用，将所述自供能光控突触晶体管应用于实现光控正负电导效应，具体包括以下步骤：
[0020]1)准备上述自供能双向光控突触晶体管；
[0021]2)分开对钙钛矿太阳能电池一、钙钛矿太阳能电池二施加光照，对人工突触晶体管进行调控；其中，对所述钙钛矿太阳能电池一施加光照产生对人工突触晶体管电导的负向调控，对所述钙钛矿太阳能电池二施加光照产生对人工突触晶体管电导的正向调控，从
而实现对人工突触晶体管正负电导的调控作用，并模拟不同神经突触行为。
[0022]优选的，所述人工突触晶体管的栅电极、源电极作为信号输入端，所述的人工突触晶体管的源漏电流为信号输出端；信号输入端接受的输入信号为钙钛矿太阳能电池阴极和阳极间产生电压，信号输出端的输出信号为源电极和漏电极间的沟道电流。
[0023]优选的，步骤2)中，对所述钙钛矿太阳能电池一施加光照后，钙钛矿太阳能电池一的阴极和阳极间产生电压，会对人工突触晶体管的半导体层界面处的电荷产生影响，并导致沟道电流会减小，在人工突触晶体管的电学转移曲线上表现出电流减小，转移曲线向左移动；在脉冲曲线上表现为后突触电流随光照的产生而减小；产生对人工突触晶体管电导的负向调控；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自供能双向光控突触晶体管，其特征在于，包括人工突触晶体管(1)、钙钛矿太阳能电池一(2a)、钙钛矿太阳能电池二(2b)；所述钙钛矿太阳能电池一(2a)的阴极通过导线与人工突触晶体管(1)的栅电极(13)连接，其阳极通过导线与人工突触晶体管(1)的源电极(12)连接；所述钙钛矿太阳能电池二(2b)的阴极通过导线与人工突触晶体管(1)的源电极(12)连接，其阳极通过导线与人工突触晶体管(1)的另一栅电极(13)连接。2.根据权利要求1所述的自供能双向光控突触晶体管，其特征在于，所述人工突触晶体管(1)为三端突触晶体管，所述人工突触晶体管(1)包括玻璃衬底(11)、形成在所述玻璃衬底(11)上的源电极(12)、漏电极(14)、多个栅电极(13)以及半导体层(16)；所述源电极(12)、漏电极(14)与半导体层(16)连接，多个所述栅电极(13)通过介电层(15)与半导体层(16)连接；所述半导体层(16)为氧化铟；所述栅电极(13)、源电极(12)、漏电极(14)均为铝电极；所述介电层(15)为离子凝胶。3.根据权利要求2所述的自供能双向光控突触晶体管，其特征在于，所述人工突触晶体管(1)的制备方法包括以下步骤：1)采用磁控溅射的方法在玻璃衬底(11)上沉积半导体层(16)；2)然后采用真空蒸镀的方法在半导体层(16)外的玻璃衬底(11)上蒸镀源电极(12)、漏电极(14)和栅电极(13)；3)最后采用丝网印刷的方法将离子凝胶前驱体溶液连续覆盖在半导体层(16)、部分玻璃衬底(11)以及部分栅电极(13)上，干燥后形成介电层(15)，使多个所述栅电极(13)通过介电层(15)与半导体层(16)连接。4.根据权利要求3所述的自供能双向光控突触晶体管，其特征在于，步骤1)具体包括以下步骤：将待清洗的玻璃衬底(11)在酒精中用棉签进行擦拭清洗，然后分别用丙酮、去离子水和异丙醇超声清洗，再使用氮气吹干，备用；以氧化铟作为靶材，采用磁控溅射的方法沉积在玻璃衬底(11)上，形成半导体层(16)，磁控溅射过程中通入氩气和氧气，氩气和氧气的体积流量比为40:(4
‑
6)；步骤2)具体包括以下步骤：使用掩模技术，在高真空镀膜仪中通过热蒸发的方法在半导体层(16)外的玻璃衬底(11)上蒸镀源电极(12)、漏电极(14)和栅电极(13)；并使源电极(12)、漏电极(14)与半导体层(16)形成欧姆接触；其中真空度低于8
×
10
‑4Pa。5.根据权利要求3所述的自供能双向光控突触晶体管，其特征在于，步骤3)中，所述离子凝胶前驱体溶液的制备方法包括以下步骤：将高分子聚合物、离子液、丙酮按照1:4:(6
‑
7)的质量比混合，在60
‑
70℃下搅拌加热...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙佳，杨胜兰，靳晨星，阳军亮，丁洋，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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