光电神经形态突触器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光电神经形态突触器件及其制备方法，所述光电神经形态突触器件包括衬底、绝缘层、电荷捕获层、隧穿层、有机半导体层、源极和漏极；绝缘层形成在衬底上；电荷捕获层形成在绝缘层上；隧穿层形成在电荷捕获层上；有机半导体层形成在隧穿层上，有机半导体层作为沟道用于载流子传输；有机半导体层的材料包括2,7

【技术实现步骤摘要】
光电神经形态突触器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件工艺
，尤其涉及一种光电神经形态突触器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]人工视觉感知系统具有识别、学习和存储等功能，在下一代神经形态电子学中受到越来越多的关注。人类80％以上的外部信息是通过视觉获取的。当外部信息到达人眼时，视网膜内的光感受器接收到可见光信号，并将其转化为电信号传递给视神经元。人工视觉感知系统需要将人工视网膜与神经形态器件相结合，在同一器件中实现感知和计算功能。
[0003]目前，已经研究了各种光电神经形态器件以开发人工视觉感知系统，并实现光电神经形态功能。光电神经形态计算在机器学习、图像处理和视觉感知领域受到越来越多的关注。通过将具有不同功能的器件与光电神经形态器件结合，可以有效拓宽人工突触器件的应用领域和发展方向。
[0004]对于下一代生物视觉系统来说，视觉适应的功能尤为重要，它可以提高生物对不同环境的适应性。各种材料如碳化物和硒化物已用于制造光电神经形态器件，但这些器件对激发光强度的要求较高，在低强度的光下没办法被激发，从而这些器件不会出现各种突触性能，所以视觉适应也难以实现。
[0005]因此，有必要提供一种新型的光电神经形态突触器件及其制备方法以解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种光电神经形态突触器件，能够在低强度的光下被激发出现各种突触性能，实现视觉适应。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所述的光电神经形态突触器件，包括衬底、绝缘层、电荷捕获层、隧穿层、有机半导体层、源极和漏极；所述绝缘层形成在所述衬底上；所述电荷捕获层形成在所述绝缘层上；所述隧穿层形成在所述电荷捕获层上；所述有机半导体层形成在所述隧穿层上，所述有机半导体层用于载流子传输；所述有机半导体层的材料包括2,7
‑
二辛基[1]苯并噻吩并[3,2
‑
B]苯并噻吩；所述源极和所述漏极分别形成在所述有机半导体层上。
[0008]所述光电神经形态突触器件的有益效果在于：
[0009]所述绝缘层形成在所述衬底上，所述电荷捕获层形成在所述绝缘层上，所述隧穿层形成在所述电荷捕获层上，使得所述光电神经形态突触器件具有超过105的开关比，大于20V的存储窗口，进而使所述光电神经形态突触器件具有多级存储特性和可靠的保持特性；所述有机半导体层形成在所述隧穿层上，所述有机半导体层的材料包括2,7
‑
二辛基[1]苯并噻吩并[3,2
‑
B]苯并噻吩，由于所述有机半导体层对于光的高度敏感，导致了所述有机半导体层在低强度的光激发下产生大量的电子
‑
空穴对，导致有机半导体层中空穴载流子浓
度增加，从而产生显著的光电流，从而改变所述源极和所述漏极的电流，使得所述电神经形态突触器件可以在低强度的光激发下实现突触性能；所述光电神经形态突触器件在低强度的光激发下可以改变所述源极和所述漏极的电流，因此所述光电神经形态突触器件在不同的光环境下产生不同的电流，传递不同的电信号，表达突触特性，实现视觉适应，模拟生物视觉适应功能，为仿生视觉感知系统的发展提供了新的动力；所述有机半导体层作为沟道用于载流子传输以改变所述源极和所述漏极的电流，实现突触特性；所述光电神经形态突触器件在施加103个周期的电压后，写入和擦除状态下的电流几乎没有衰减，所述光电神经形态突触器件能够实现稳定的写入擦除，电稳定性良好。
[0010]可选的，所述衬底作为底部栅极。
[0011]可选的，所述衬底的材料包括重掺杂硅衬底。其有益效果在于：所述衬底具有良好的导电性。
[0012]可选的，所述绝缘层的厚度为100纳米
‑
300纳米。其有益效果在于：所述绝缘层的厚度在100纳米
‑
300纳米的范围内具有良好的绝缘效果，在大的电压下所述绝缘层不容易发生击穿，避免器件失效。
[0013]可选的，所述绝缘层的材料包括二氧化硅。
[0014]可选的，所述电荷捕获层的厚度为20纳米
‑
30纳米。其有益效果在于：所述电荷捕获层的厚度较薄，使得所述电荷捕获层具有良好电荷存储能力的，使拥有所述电荷捕获层的器件有大的存储窗口。
[0015]可选的，所述电荷捕获层的材料包括氧化铪。
[0016]可选的，所述隧穿层的厚度为3纳米
‑
10纳米。其有益效果在于：所述隧穿层的厚度较薄，使得所述隧穿层在施加电压时更容易弯曲，方便载流子隧穿。
[0017]可选的，所述隧穿层的材料包括氧化铝。
[0018]可选的，所述有机半导体层的厚度为30纳米
‑
80纳米。其有益效果在于：所述有机半导体层的厚度在30纳米
‑
80纳米的范围内，所述有机半导体层作为沟道时载流子迁移率高，可以获得良好的电学性能。
[0019]可选的，所述源极和所述漏极的厚度均为50纳米
‑
100纳米。
[0020]可选的，所述源极和所述漏极的材料均包括金或铂中的任意一种。
[0021]可选的，所述光电神经形态突触器件适用的光强度范围为0.4mW/cm2‑
0.6mW/cm2。
[0022]本专利技术还提供了一种光电神经形态突触器件的制备方法，用于制备得到如上所述的光电神经形态突触器件，包括以下步骤：
[0023]S0：提供所述衬底；
[0024]S1：在所述衬底上形成所述绝缘层；
[0025]S2：在所述绝缘层上形成所述电荷捕获层；
[0026]S3：在所述电荷捕获层上形成所述隧穿层；
[0027]S4：在所述隧穿层上形成所述有机半导体层；
[0028]S5：在所述有机半导体层上分别形成所述源极和所述漏极。
[0029]可选的，在所述S2中，在所述绝缘层上通过原子层沉积工艺形成所述电荷捕获层，所述原子层沉积工艺的温度均为200摄氏度
‑
400摄氏度。
[0030]可选的，在所述S3中，在所述电荷捕获层上通过原子层沉积工艺形成所述隧穿层，
所述原子层沉积工艺的温度均为200摄氏度
‑
400摄氏度。
[0031]可选的，在所述S4中，在所述隧穿层上通过热蒸发沉积工艺形成所述有机半导体层，所述热蒸发沉积工艺的压强为3
×
10
‑6毫巴
‑8×
10
‑6毫巴，所述热蒸发沉积工艺的沉积速度为0.05纳米/秒
‑
0.15纳米/秒。
[0032]可选的，在所述S5中，在所述有机半导体层上通过物理气相沉积工艺分别形成所述源极和所述漏极。
[0033]可选的，所述原子层沉积工艺、所述热蒸发沉积工艺和所述物理气相沉积工艺均在氮气中进行。
附图说明
[0034]图1为本专利技术提供的实施例光电神经形态突触器件的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电神经形态突触器件，其特征在于，包括衬底、绝缘层、电荷捕获层、隧穿层、有机半导体层、源极和漏极；所述绝缘层形成在所述衬底上；所述电荷捕获层形成在所述绝缘层上；所述隧穿层形成在所述电荷捕获层上；所述有机半导体层形成在所述隧穿层上，所述有机半导体层作为沟道用于载流子传输；所述有机半导体层的材料包括2,7
‑
二辛基[1]苯并噻吩并[3,2
‑
B]苯并噻吩；所述源极和所述漏极分别形成在所述有机半导体层上。2.根据权利要求1所述的光电神经形态突触器件，其特征在于，所述绝缘层的厚度为100纳米
‑
300纳米。3.根据权利要求1所述的光电神经形态突触器件，其特征在于，所述绝缘层的材料包括二氧化硅。4.根据权利要求1所述的光电神经形态突触器件，其特征在于，所述电荷捕获层的厚度为20纳米
‑
30纳米。5.根据权利要求1所述的光电神经形态突触器件，其特征在于，所述电荷捕获层的材料包括氧化铪。6.根据权利要求1所述的光电神经形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆轩，杨雅芬，张卫，
申请(专利权)人：上海集成电路制造创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：