一种柔性宽光谱光电突触晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种柔性宽光谱光电突触晶体管及其制备方法，属于神经形态计算技术领域。该柔性光电突触晶体管以两层具有不同波段光吸收特征的聚合物半导体作为沟道，采用聚电解质作为栅介电层，利用两种具有不同波段光吸收特征的聚合物半导体来拓宽光电突触器件的光吸收范围，同时聚电解质独特的电学特性，实现低电压操作下的光电双调制，从离子动力学角度模拟多种突触可塑性，且本发明专利技术采用的材料均为柔性材料，可应用于各种不规则曲面。可应用于各种不规则曲面。可应用于各种不规则曲面。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性宽光谱光电突触晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术属于神经形态计算
，具体涉及一种柔性宽光谱光电突触晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]当代计算机依托于冯
·
诺依曼架构，随着数据量的暴增，分立的存、算模块间的数据传输导致了大量的能量损失和延迟。受人脑高速并行处理信息的启发，神经形态计算可以实现对感知数据的存储与原位处理，被认为是替代冯
·
诺依曼架构最有希望的计算范式之一。作为生物神经网络的基本单元之一，突触是人脑学习和记忆的重要结构。因此，制备具有突触功能的器件是实现神经形态计算的基础。与电突触相比，光突触具有宽带宽、互连优良、RC延迟可忽略等优点。特别地，在人类获取的信息中，近80％的信息来源于视觉。因此，设计、开发具有突触行为的人工视觉神经器件，实现光信息的感知与记忆对人类视觉系统仿生具有重要意义。但是，目前关于光电突触器件的研究主要集中在某一波长上，限制了其在较宽波段的光照环境下的应用。有机半导体凭借其优异的光吸收能力，常被用于有机光伏、光电探测器等领域。但是，其只在特定波长内有较高的光吸收率，对于其他波长光吸收能力较差。另一方面，目前大多数光电突触晶体管制备在刚性衬底上，在可穿戴、可植入等方面的应用受到限制。

技术实现思路

[0003]为拓展光电突触器件在较宽波段光照条件下的应用，本专利技术提出了一种柔性宽光谱光电突触晶体管及其制备方法。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种柔性宽光谱光电突触晶体管，其特征在于，在柔性衬底上依次设置两层不同的聚合物半导体作为沟道，所述两种聚合物半导体具有不同波段光吸收特征，源、漏电极置于所述双层聚合物半导体沟道上方，栅电极的宽度与沟道宽度相同，采用聚电解质作为栅介电层，置于双层聚合物半导体沟道上，且与栅、源、漏电极均接触。
[0006]本专利技术利用两种具有不同波段光吸收特征的聚合物半导体来拓宽光电突触器件的光吸收范围，利用聚电解质在沟道中诱导的双电层实现低电压操作，即在低电压操作下实现光电双调制，从离子动力学角度模拟多种突触可塑性。
[0007]本专利技术采用的材料均为柔性材料，可应用于各种不规则曲面。
[0008]本专利技术进一步提供了柔性宽光谱光电突触晶体管的制备方法，具体包括：
[0009]1)制备柔性衬底；
[0010]2)在柔性衬底上制备第一种聚合物半导体层；
[0011]3)在第一种聚合物半导体层上制备第二种聚合物半导体层，两层聚合物半导体构成沟道；
[0012]4)制备栅电极、源电极和漏电极，其中源、漏电极置于所述双层聚合物半导体沟道
上方，栅电极的宽度与沟道宽度相同；
[0013]5)制备聚电解质层，该聚电解质层置于双层聚合物半导体沟道上，与栅、源、漏电极均接触。
[0014]优选的，所述衬底为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)等柔性衬底。
[0015]优选的，所述第一种聚合物半导体为在长光波范围内(>800nm)具有光吸收特征的材料，如聚并二噻吩
‑
吡咯并吡咯二酮(DPPTT)，厚度为20～40nm。
[0016]优选的，所述第二种聚合物半导体为在短光波范围内(<500nm)具有光吸收特征的材料，如3
‑
己基取代聚噻吩(P3HT)，厚度为20～40nm。
[0017]优选的，电极为与聚合物半导体HOMO能级的能级差较小的且具有一定柔性的金属材料，如Au等，厚度为40～80nm左右。
[0018]优选的，聚电介质为固态电解质，如聚氧化乙烯/高氯酸锂(PEO/LiClO4)、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物/1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(PVDF
‑
HFP/EMITFSI)，厚度为0.5～1μm。
[0019]本专利技术具有以下效益：
[0020](1)在负栅压作用下，聚电解质中的阴离子向双层聚合物半导体沟道移动并在沟道表面感应出正电荷，形成双电层。凭借双电层电荷间极小的距离形成的超大介电电容，使器件可以工作在低电压区间。
[0021](2)在长波段的光照下，具有长波波段光吸收特征的聚合物半导体具有较强的光吸收能力，所述聚合物半导体吸收光后产生电子空穴对，并在电场作用下分离，实现长波波段光照下突触可塑性。
[0022](3)在短波段的光照下，具有短波段光吸收特征的聚合物半导体具有较强的光吸收能力，所述聚合物半导体吸收光后产生电子空穴对，并在电场作用下分离，实现短波段光照下突触可塑性。
[0023](4)通过调控栅极电压大小，实现光照引起的沟道电导值的精细调控，模拟多种突触可塑性。
[0024](5)本专利技术采用柔性材料作为衬底，所制备器件均基于本征柔性材料，使其具有能与生物组织相似的杨氏模量和弯曲刚度，适用于可穿戴、可植入电子系统。
附图说明
[0025]图1为本专利技术柔性宽光谱光电突触晶体管的示意图；
[0026]图2为本专利技术制备柔性衬底和具有长波波段光吸收特征的聚合物半导体后的器件示意图；
[0027]图3为本专利技术制备具有短波波段光吸收特征的聚合物半导体的器件示意图；
[0028]图4为本专利技术淀积栅、源、漏电极后的器件示意图；
[0029]图5为本专利技术制备聚电解质后的器件示意图；
[0030]其中，001
‑
柔性基底；002
‑
具有长波波段光吸收特征的聚合物半导体；003
‑
具有短波波段光吸收特征的聚合物半导体；004
‑
栅电极；005
‑
源电极；006
‑
漏电极；007
‑
聚电解质层。
具体实施方式
[0031]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中仅限定了制备工艺，所采用的材料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。
[0032]本专利技术具体实施例提供一种柔性宽光谱光电突触晶体管，如图1所示，在柔性可拉伸衬底001上依次设置具有长波波段光吸收特征的聚合物半导体002和具有短波波段光吸收特征的聚合物半导体003，两种具有不同波段光吸收特征的聚合物半导体作为沟道，源电极005、漏电极006置于所述双层聚合物半导体沟道上方，栅电极004的宽度与所述沟道宽度相同，采用聚电解质007作为栅介电层，置于短波段光吸收特征的聚合物半导体003上，且与栅电极004、源电极005、漏电极006均接触，其中衬底选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)；第一层聚合物半导体002具有长波段光吸收特征，选用聚并二噻吩
‑
吡咯并吡咯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性宽光谱光电突触晶体管，其特征在于，在柔性衬底上依次设置两层不同的聚合物半导体作为沟道，所述两种聚合物半导体具有不同波段光吸收特征，源、漏电极置于所述双层聚合物半导体沟道上，栅电极的宽度与沟道宽度相同，采用聚电解质作为栅介电层，置于双层聚合物半导体沟道上，且与栅、源、漏电极均接触。2.如权利要求1所述的柔性光电突触晶体管，其特征在于，所述柔性衬底采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)。3.如权利要求1所述的柔性光电突触晶体管，其特征在于，所述第一种聚合物半导体为具有长波波段光吸收特征的材料，采用聚并二噻吩
‑
吡咯并吡咯二酮，厚度为20～40nm。4.如权利要求1所述的柔性光电突触晶体管，其特征在于，所述第二种聚合物半导体为具有短波波段光吸收特征的材料，采用3
‑
己基取代聚噻吩，其厚度范围为20～40nm。5.如权利要求1所述的柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓燕，张霜杰，郑雨晴，王宗巍，蔡一茂，黄如，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：