一种基于MXene/钇掺杂二氧化铪铁电光电忆阻器的人工突触器件及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于MXene/钇掺杂二氧化铪铁电光电忆阻器的人工突触器件、制备方法和应用。本发明专利技术是在基片上旋涂钇掺杂二氧化铪薄膜和MXene薄膜作为功能层，再在功能层上镀一层顶电极，形成三明治结构的人工突触器件。本发明专利技术的人工突触器件具有更加优秀的电学性质，同时具备铁电特性和光电忆阻器的阻变特性，能够清楚地观测到忆阻现象。本发明专利技术人工突触能够模拟重要的突触功能，包括突触权重的增强与抑制、长时程增强(LTP)、长时程抑制(LTD)、脉冲时间依赖可塑性(STDP)等功能，本发明专利技术人工突触能够同时实现光、电双模态同时调节电导率。本发明专利技术人工突触器件对电脉冲具有极快且敏感的响应，可用于构建人工神经网络系统进行图像识别，在MNIST数据集的识别中，准确率能达到93.5％。同时本发明专利技术人工突触器件的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。易于实施。易于实施。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MXene/钇掺杂二氧化铪铁电光电忆阻器的人工突触器件及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种基于MXene/钇掺杂二氧化铪铁电光电忆阻器的人工突触器件、制备方法和应用。

技术介绍

[0002]忆阻器是一种新型信息器件，忆阻器的阻值会随着通过的总电荷量发生变化，当电荷量不再变化，阻值便会停留在这一时刻之前的状态。目前研究人员已成功使用过渡金属氧化物、二维材料、有机材料等制备忆阻器薄膜。由于氧化物制备工艺相对成熟，且结构简单、性能相对稳定，因此大量忆阻器采用金属氧化物薄膜进行制备。二氧化铪(HfO2)材料是最早被研究的电介质层材料之一，能够与多种电极材料组合成忆阻器，二氧化铪薄膜是一种无色半透性的薄膜，具有良好的电阻开关特性；由于近年来发现二氧化铪在掺杂后具有铁电性质，因此其作为与CMOS兼容的氧化物铁电材料具有广阔的前景。
[0003]MXene是材料化学中一种由过渡金属碳/氮化物构成的二维无机化合物，其分子式为分子式为M
n+1
X
n
T
x
(n＝1
‑
3)，是由MAX相选择性刻蚀得到的类石墨烯结构的材料。Ti3C2T
x
是目前研究最为广泛的一种MXene材料，具有优秀的载流子迁移率、良好的抗干扰能力以及光电特性，被广泛运用于纳米电子器件的制备。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术的目的是提供一种含MXene/钇掺杂二氧化铪复合薄膜的人工突触器件、制备方法和应用。
[0005]本专利技术是采用以下技术方案实现的：
[0006]一种基于MXene/钇掺杂二氧化铪铁电光电忆阻器的人工突触器件的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：清洗导电玻璃基片；
[0008]步骤2：在导电玻璃基片上旋涂一层钇掺杂二氧化铪薄膜；
[0009]步骤3：在钇掺杂二氧化铪薄膜表面旋涂一层MXene薄膜；
[0010]步骤4：在MXene薄膜表面镀一层顶电解，得到人工突触器件。
[0011]优选的，步骤1是依次对导电玻璃基片进行去离子水超声清洗10min，乙醇超声清洗10min，擦拭干净之后再使用等离子清洗机清洗10min。
[0012]优选的，步骤1所述导电玻璃为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
[0013]优选的，步骤2是清洗后的导电玻璃基片上旋涂Y:HfO2前驱体溶液，得到凝胶湿膜；在50～100℃烘干，150～200℃热解，300～400℃预退火，然后再重复旋涂、烘干、热解和预退火过程1次，再在700℃下退火处理，以在导电玻璃基片上生长一层钇掺杂二氧化铪薄膜；
[0014]所述Y:HfO2前驱体溶液是将乙酰丙酮铪和硝酸钇六水合物溶于有机溶剂中制得；
所述有机溶剂为冰乙酸、乙二醇甲醚、乙酰丙酮或乙二醇中的至少一种；
[0015]所述热解的时间均为3～5min；所述预退火的时间均为5～10min；所述退火的时间为60秒。
[0016]更优选的，所述Y:HfO2前驱体溶液中乙酰丙酮铪、硝酸钇六水合物和有机溶剂的用量比为0.004mol：0.0002mol：(18～23)mL。
[0017]优选的，步骤3是在步骤2的钇掺杂二氧化铪薄膜上旋涂MXene溶液，得到MXene湿膜；在50～100℃烘干，制得MXene薄膜；所述MXene前驱体溶液是氢氟酸湿法剥离的单/少层Ti3C2T
x
胶体水溶液。
[0018]优选的，步骤2中所述旋涂为先用500～800转/分初甩，再用2500～3500转/分匀胶；步骤3中所述旋涂的速度为1000～1500转/分。
[0019]优选的，所述顶电极为金、银、铜、铝或铟锡氧化物。
[0020]本专利技术还提供了一种基于MXene/钇掺杂二氧化铪铁电光电忆阻器的人工突触器件以及该人工突触器件在人工智能硬件和人工神经网络硬件上的应用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术公开了以下技术效果：
[0022]本专利技术提供了一种人工突触器件及其制备方法，本专利技术是在基片上旋涂钇掺杂二氧化铪薄膜和MXene薄膜作为功能层，再在功能层上镀一层顶电极，形成三明治结构的人工突触器件。本专利技术的人工突触器件具有更加优秀的电学性质，同时具备铁电特性和光电忆阻器的阻变特性，能够清楚地观测到忆阻现象。本专利技术人工突触能够模拟重要的突触功能，包括突触权重的增强与抑制、长时程增强(LTP)、长时程抑制(LTD)、脉冲时间依赖可塑性(STDP)等功能，本专利技术人工突触能够同时实现光、电双模态同时调节电导率。本专利技术人工突触器件对电脉冲具有极快且敏感的响应，可用于构建人工神经网络系统进行图像识别，在MNIST数据集的识别中，准确率能达到93.5％。同时本专利技术人工突触器件的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。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的人工突触器件结构图；
[0024]图2为本专利技术实施例1制备的人工突触器件在施加
±
3V电压测试的I
‑
V曲线图；
[0025]图3为本专利技术实施例1制备的人工突触器件在施加
±
3V电压循环测试30次，并对电流取对数log10的I
‑
V曲线图；
[0026]图4为本专利技术实施例1制备的人工突触器件在施加正向电压循环扫描下，模拟突触权重的增强；
[0027]图5为本专利技术实施例1制备的人工突触器件在施加反向电压循环扫描下，模拟突触权重的抑制；
[0028]图6为本专利技术实施例1制备的人工突触器件模拟突触长时程增强(LTP)；
[0029]图7为本专利技术实施例1制备的人工突触器件模拟突触长时程抑制(LTD)；
[0030]图8为本专利技术实施例1制备的人工突触器件模拟脉冲时间依赖可塑性(STDP)；
[0031]图9为本专利技术实施例1制备的人工突触器件测量的磁滞回路；
[0032]图10为本专利技术实施例1制备的人工突触器件的紫外
‑
可见吸收光谱；
[0033]图11为本专利技术实施例1制备的人工突触器件在光刺激下的长时程增强和抑制行
为。
[0034]图12为实施例1的人工突触器件在进行MNIST数据集图像识别时准确率。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0036]实施例1
[0037]一种基于MXene/钇掺杂二氧化铪铁电光电忆阻器的人工突触器件，具体步骤如下：
[0038]1.衬底表面的污染物可能会影响材料的成核和生长，因此对于FTO导电玻璃衬底的清洗至关重要。清洗步骤如下，将基片依次对FTO导电玻璃进行去离子水超声清洗10min，乙醇超声清洗10min，擦拭干净之后再使用等离子清洗机通入氮气清洗；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MXene/钇掺杂二氧化铪铁电光电忆阻器的人工突触器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：清洗导电玻璃基片；步骤2：在导电玻璃基片上旋涂一层钇掺杂二氧化铪薄膜；步骤3：在钇掺杂二氧化铪薄膜表面旋涂一层MXene薄膜；步骤4：在MXene薄膜表面镀一层顶电解，得到人工突触器件。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1是依次对导电玻璃基片进行去离子水超声清洗10min，乙醇超声清洗10min，擦拭干净之后再使用等离子清洗机清洗10min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1所述导电玻璃为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2是清洗后的导电玻璃基片上旋涂Y:HfO2前驱体溶液，得到凝胶湿膜；在50～100℃烘干，150～200℃热解，300～400℃预退火，然后再重复旋涂、烘干、热解和预退火过程1次，再在700℃下退火处理，以在导电玻璃基片上生长一层钇掺杂二氧化铪薄膜；所述Y:HfO2前驱体溶液是将乙酰丙酮铪和硝酸钇六水合物溶于有机溶剂中制得；所述有机溶剂为冰乙酸、乙二醇甲醚、乙酰丙酮或乙二醇中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：权利要求书一页说明书四页附图六页，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：