忆阻器、制备忆阻器的方法和人工突触器件技术

本发明专利技术公开了忆阻器、制备忆阻器的方法和人工突触器件，所述忆阻器包括玻璃锥体和位于所述玻璃锥体内壁上的聚电解质结构；所述玻璃锥体具有相对设置的第一端开口和第二端开口，所述第一端开口的直径小于所述第二端开口的直径，所述聚电解质结构位于所述第一端开口的内壁上。由此，本发明专利技术的忆阻器具有皮焦耳级的低功耗、较低的工作电位和高效能。本发明专利技术的忆阻器在施加脉冲电位刺激时，可以产生类似神经元突触的双脉冲易化和双脉冲抑制效应，同时由于离子效应的存在，可实现对体系可塑性能力的有效调控。进一步地，通过和微注射系统联用可实现基于离子的信号转导功能。此外，本发明专利技术的忆阻器还具有优异的稳定性和可设计性等优点。忆阻器还具有优异的稳定性和可设计性等优点。

【技术实现步骤摘要】
忆阻器、制备忆阻器的方法和人工突触器件


[0001]本专利技术属于电子器件制备领域，具体涉及忆阻器、制备忆阻器的方法和人工突触器件。

技术介绍

[0002]忆阻器是在电容、电阻、电感基础上的第四类基本元器件，其基本特征是通过器件的电荷受磁通量调控，这一特性使得忆阻器阻抗有历史依赖特性而体现为记忆器件性质。随着大数据技术的不断发展，传统计算架构的速度效率限制逐步显现。面向这一冯诺依曼瓶颈，人们希望利用这一类器件模拟脑的计算模式，从硬件上实现一系列类脑计算功能，如并行计算、模式识别、人工神经网络构建等。诚然目前人们基于固体忆阻器如导电桥忆阻器、金属氧化物忆阻器等，发展了一系列仿神经功能，但是目前忆阻器件的效率功能尚未达到神经元的功耗和效率。
[0003]因此，有必要对现有的忆阻器进行改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上改善上述技术问题的至少之一。
[0005]本专利技术提供一种忆阻器，所述忆阻器包括玻璃锥体和位于所述玻璃锥体内壁上的聚电解质结构；所述玻璃锥体具有相对设置的第一端开口和第二端开口，所述第一端开口的直径小于所述第二端开口的直径，所述聚电解质结构位于所述第一端开口的内壁上。由此，基于离子的作用机制，本专利技术的忆阻器具有皮焦耳级的低功耗、较低的工作电位和高效能。本专利技术的忆阻器在施加脉冲电位刺激时，可以产生类似神经元突触的双脉冲易化和双脉冲抑制效应，同时由于离子效应的存在，通过调节器件内溶液组分，可实现对体系可塑性能力的有效调控。进一步地，通过和微注射系统联用可实现基于离子的信号转导功能。此外，本专利技术的忆阻器还具有优异的稳定性和可设计性等优点。
[0006]根据本专利技术的实施例，形成所述聚电解质结构的材料包括聚乙烯基咪唑盐。
[0007]根据本专利技术的实施例，所述第一端开口的直径为0.1～15微米。
[0008]根据本专利技术的实施例，所述聚电解质结构的厚度为100～500nm；如果聚电解质结构的厚度过小，将减弱器件记忆能力，而过厚的聚电解质结构则将阻碍传输行为。
[0009]根据本专利技术的实施例，在玻璃锥体侧壁的延伸方向上，所述聚电解质结构的延伸长度与所述第一端开口的直径的比值大于等于10；如果聚电解质结构的延伸长度过小，将减弱器件的记忆功能。
[0010]本专利技术还提供一种制备前文所述的忆阻器的方法，所述方法包括：提供玻璃锥体，所述玻璃锥体具有相对设置的第一端开口和第二端开口，所述第一端开口的直径小于所述第二端开口的直径；在所述玻璃锥体的第一端开口的内壁上形成聚电解质结构。由此，该方法具有前文所述的忆阻器所具有的全部特征和优点，在此不再赘述。
[0011]根据本专利技术的实施例，形成聚电解质结构包括：将所述玻璃锥体的第一端开口置
于引发剂溶液中进行浸渍处理，随后加入催化剂、乙烯基咪唑单体，进行反应，在所述玻璃锥体的内壁上形成聚电解质结构。
[0012]根据本专利技术的实施例，所述引发剂为2
‑
溴
‑2‑
甲基
‑
N
‑
[3
‑
(三乙氧基硅烷基)丙基]丙酰胺；所述浸渍处理的时间为8
‑
15h；任选的，所述引发剂溶液为含有引发剂的乙腈溶液；所述引发剂溶液中，所述引发剂的质量分数为3～7％；所述反应还包括：经过所述浸渍处理之后，依次用乙腈、乙醇、水对所述玻璃锥体进行洗涤，随后加入催化剂、乙烯基咪唑单体。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述乙烯基咪唑单体由阳离子和阴离子构成，所述阳离子包括1
‑
乙烯基
‑3‑
乙基咪唑阳离子、1
‑
乙烯基
‑3‑
丁基咪唑阳离子、1
‑
乙烯基
‑3‑
辛基咪唑阳离子的至少一种，所述阴离子包括Cl
‑
、Br
‑
、BF4‑
、PF6‑
的至少一种。
[0014]根据本专利技术的实施例，所述乙烯基咪唑单体以乙烯基咪唑单体溶液的形式加入，所述乙烯基咪唑单体溶液的溶剂包括水、乙醇、DMF的至少一种；所述乙烯基咪唑单体溶液中，所述乙烯基咪唑单体与所述溶剂的质量比为1：(15～25)。
[0015]根据本专利技术的实施例，所述催化剂包括溴化亚铜和五甲基二乙烯三胺。
[0016]根据本专利技术的实施例，所述乙烯基咪唑单体、所述溴化亚铜和所述五甲基二乙烯三胺的摩尔比为(95～105)：(3～7)：(13～17)。
[0017]根据本专利技术的实施例，所述反应在无氧和氮气保护的条件下进行；所述反应的温度为65～75℃，所述反应的时间为20～30h。
[0018]本专利技术还提供一种人工突触器件，包括前文所述的忆阻器或前文所述的方法制备的忆阻器。由此，该人工突触器件具有前文所述的忆阻器或前文所述的方法所具有的全部特征和优点，在此不再赘述。
[0019]根据本专利技术的实施例，所述人工突触器件还包括：内充液、外部溶液、工作电极和参比电极；所述内充液填充在所述忆阻器中的玻璃锥体内，所述玻璃锥体的第一端开口浸没在所述外部溶液内，所述工作电极的至少一部分与所述内充液接触，所述参比电极的至少一部分与所述外部溶液接触。
[0020]根据本专利技术的实施例，所述内充液和所述外部溶液彼此独立的选自NaCl、NaBF4、NaClO4、KCl、KBF4、KClO4的至少一种；所述内充液和所述外部溶液的浓度彼此独立地选自0.1mmol/L～1mol/L。
附图说明
[0021]图1A是本专利技术一个实施例中，忆阻器的制备流程图；
[0022]图1B是本专利技术一个实施例中，忆阻器的扫描电镜图，图中所示器件直径为10μm；
[0023]图1C是本专利技术一个实施例中，表征忆阻器性质时的装置示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例与对比例所得人工突触器件在三角波下的伏安响应图像；
[0025]图3A是本专利技术实施例中，人工突触器件在10mM氯化钾溶液中连续正向脉冲电压下的电流响应曲线；
[0026]图3B是本专利技术实施例中，人工突触器件在10mM氯化钾溶液中连续负向脉冲电压下的电流响应曲线；
[0027]图3C是本专利技术实施例中，人工突触器件分别在10mM氯化钾溶液中连续负向脉冲电压、连续正向脉冲电压下，电流响应变化随脉冲间隔变化曲线；
[0028]图4A是根据本专利技术实施例，人工突触器件的器件功耗和离子电导变化随尺寸的变化趋势图；
[0029]图4B是根据本专利技术实施例，人工突触器件的器件功耗和离子电导变化随脉冲幅值的变化趋势图；
[0030]图5A是本专利技术实施例中，人工突触器件在不同内充液中的伏安响应图；
[0031]图5B是本专利技术实施例中，人工突触器件在不同内充液中连续正向脉冲电压刺激下的电流响应曲线；
[0032]图5C是本专利技术实施例中，人工突触器件在不同内充液中连续负向脉冲电压刺激下的电流响应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种忆阻器，其特征在于，所述忆阻器包括玻璃锥体和位于所述玻璃锥体内壁上的聚电解质结构；所述玻璃锥体具有相对设置的第一端开口和第二端开口，所述第一端开口的直径小于所述第二端开口的直径，所述聚电解质结构位于所述第一端开口的内壁上。2.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，形成所述聚电解质结构的材料包括聚乙烯基咪唑盐。3.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述忆阻器满足以下条件的至少之一：所述第一端开口的直径为0.1～15微米；所述聚电解质结构的厚度为100～500nm；在玻璃锥体侧壁的延伸方向上，所述聚电解质结构的延伸长度与所述第一端开口的直径的比值大于等于10。4.一种制备权利要求1
‑
3任一项所述的忆阻器的方法，其特征在于，所述方法包括：提供玻璃锥体，所述玻璃锥体具有相对设置的第一端开口和第二端开口，所述第一端开口的直径小于所述第二端开口的直径；在所述玻璃锥体的第一端开口的内壁上形成聚电解质结构。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，形成聚电解质结构包括：将所述玻璃锥体的第一端开口置于引发剂溶液中进行浸渍处理，随后加入催化剂、乙烯基咪唑单体，进行反应，在所述玻璃锥体的内壁上形成聚电解质结构。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述引发剂为2
‑
溴
‑2‑
甲基
‑
N
‑
[3
‑
(三乙氧基硅烷基)丙基]丙酰胺；所述浸渍处理的时间为8
‑
15h；任选的，所述引发剂溶液为含有引发剂的乙腈溶液；所述引发剂溶液中，所述引发剂的质量分数为3～7％；所述反应还包括：经过所述浸渍处理之后，依次用乙腈、乙醇、水对所述玻璃锥体进行洗涤，随后加入催化剂、乙烯基咪唑单体。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：于萍，熊天逸，毛兰群，马文杰，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：