一种镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管及其制备方法技术

一种镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管及其制备方法，本发明专利技术为了解决现有突触晶体管的沟道阻态变化较小的问题

【技术实现步骤摘要】
一种镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体电子器件
，具体涉及一种镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管器件及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在人脑的启发下，通过实现分布式信息储存和并行信息处理的大规模神经形态硬件系统，相较于传统基于顺序操作的冯
·
诺依曼计算系统，在复杂环境下更高效且更具适应性
。
因此，为了从硬件层面实现神经形态计算，首要任务是模拟突触性能
。
[0003]近年来，已经涌现出多种人工突触器件，并在此基础上实现了众多突触行为
。
例如，双端结构的忆阻器和多端结构的神经形态晶体管被应用于构建神经形态计算的硬件系统
。
相较于双端结构的忆阻器突触，基于晶体管的三端突触晶体管引起了更多的关注，这是因为三端突触晶体管中，信息可以通过源
‑
漏间的沟道传递，反馈信息可以通过栅极对突触权重进行调节，即信息的传递和学习是分离的，因而可以实现并行计算，且具有可逆性好
、
功耗低和近线性模拟切换等优点
。
三端突触晶体管中沟道材料的选取与突触器件的性能紧密相关
。
[0004]晶体管仿生突触功能的实现，主要依赖于沟道材料中的陷阱对载流子的俘获作用
。
然而这种情况下，沟道阻态变化较小，导致仿生数据的准确性降低
。
而且，由于动态变化范围小，限制了器件电导对生物突触权重的映射能力
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有突触晶体管的沟道阻态变化较小，限制了器件电导对生物突触权重的映射能力的问题，而提供一种镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管，其沟道电阻动态变化范围大，具有较好的器件电导对突触权重的映射能力，并且易于大规模生产
。
[0006]本专利技术镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管包括衬底
、
栅电极
、
栅介电层
、
第一沟道层
、
第二沟道层
、
漏电极与源电极，在衬底表面由下至上依次为栅电极
、
栅介电层和沟道层，所述的沟道层由第一沟道层和第二沟道层组成，第一沟道层位于栅介电层的部分上表面，第二沟道层的一部分位于栅介电层的上表面，第二沟道层的另一部分覆盖在第一沟道层的
(
部分
)
上表面，且第一沟道层和第二沟道层的接触区构成异质结构；漏电极设置在第一沟道层上，源电极设置在第二沟道层上；
[0007]所述第一沟道层为镍铝层状双金属氢氧化物层，第二沟道层为二硫化钼层或氧化石墨烯层
。
[0008]本专利技术采用镍铝层状双金属氢氧化物异质结作为突触晶体管的沟道材料
。
[0009]镍铝层状双金属氢氧化物凭借层状结构所形成的高速电子转移通道具有可多自由度调控以及可三维垂直集成等多个优势，为设计突触晶体管提供了良好的沟道材料选
择
。
而且，镍铝层状双金属氢氧化物的载流子被限制在原子级厚度的界面中，使载流子在晶体管中更容易被栅极电压控制
。
得益于不同材料层与层之间的范德华力和表面无悬挂键，将层状镍铝层状双金属氢氧化物异质结作为晶体管沟道材料，能够将异质结中的二维电子气在特定方向较高的迁移率充分发挥出来，以提升突触仿生的精确性
。
[0010]本专利技术镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管的制备方法按照以下步骤实现：
[0011]S1、
在衬底的上表面制备栅电极；
[0012]S2、
在栅电极的上表面制备栅介电层；
[0013]S3、
在栅介电层的部分上表面制备第一沟道层；
[0014]S4、
在第一沟道层的部分上表面及栅介电层的部分上表面制备第二沟道层；
[0015]S5、
利用掩膜在第一沟道层的部分上表面制备漏电极；
[0016]S6、
利用掩膜在第二沟道层的部分上表面制备源电极，制备得到镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管；
[0017]其中第一沟道层为镍铝层状双金属氢氧化物层，第二沟道层为二硫化钼层或氧化石墨烯层
。
[0018]本专利技术镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管及其制备方法包括以下有益效果：
[0019](1)
本专利技术采用镍铝层状双金属氢氧化物异质结作为沟道材料
。
通过异质结将镍铝层状双金属氢氧化物较低电荷转移电阻与二硫化钼或氧化石墨烯高开关比的优势进行整合，结合有机聚合物铁电材料
P(VDF
‑
TrFE)
的电可编程特性，形成高度可调的界面势垒，充分发挥异质结界面势垒中的二维电子气在特定方向上较高的电子迁移率与
P(VDF
‑
TrFE)
的非挥发特性的优势
。
因此，本专利技术的突触晶体管沟道电阻动态变化范围大，具有较好的器件电导对突触权重的映射能力
。
[0020](2)
镍铝层状双金属氢氧化物异质结制备工艺简单，成本低，易大规模生产
。
本专利技术采用在栅介质层上溶液法膜沉积工艺制备镍铝层状双金属氢氧化物异质结而形成沟道，因此大大降低了制备难度，简化了制备工艺，可大规模制备，具有良好的应用价值
。
[0021](3)
本专利技术的突触晶体管结构中，通过源漏电极施加固定的电压读取沟道材料电流值或电阻值的变化，通过栅极施加脉冲电压驱动铁电材料极化对沟道中的镍铝层状双金属氢氧化物异质结界面势垒中的二维电子气进行调控，可实现多种神经突触功能
。
附图说明
[0022]图1是本专利技术镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管的主视结构图；
[0023]图2是本专利技术镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管的立体结构图；
[0024]图3是本专利技术镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管制备方法的流程图；
[0025]图4是实施例制备得到的镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管的转移特性曲线图；
[0026]图5是实施例制备得到的镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管的双脉冲易化现象仿生图；
[0027]图6是实施例中拟合的双脉冲易化指数曲线图；
[0028]图7是实施例中长时程增强和长时程抑制测试图，其中
□
代表增强，
○
代表抑制
。
具体实施方式
[0029]具体实施方式一：本实施方式镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管包括衬底
1、
栅电极
2、
栅介电层
3、
第一沟道层
4、
第二沟道层
5、
漏电极6与源电极7，在衬底1表面由下至上依本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管，其特征在于该镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管包括衬底
(1)、
栅电极
(2)、
栅介电层
(3)、
第一沟道层
(4)、
第二沟道层
(5)、
漏电极
(6)
与源电极
(7)
，在衬底
(1)
表面由下至上依次为栅电极
(2)、
栅介电层
(3)
和沟道层，所述的沟道层由第一沟道层
(4)
和第二沟道层
(5)
组成，第一沟道层
(4)
位于栅介电层
(3)
的部分上表面，第二沟道层
(5)
的一部分位于栅介电层
(3)
的上表面，第二沟道层
(5)
的另一部分覆盖在第一沟道层
(4)
的上表面，且第一沟道层
(4)
和第二沟道层
(5)
的接触区构成异质结；漏电极
(6)
设置在第一沟道层
(4)
上，源电极
(7)
设置在第二沟道层
(5)
上；所述第一沟道层
(4)
为镍铝层状双金属氢氧化物层，第二沟道层
(5)
为二硫化钼层或氧化石墨烯层
。2.
根据权利要求1所述的镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管，其特征在于所述衬底
(1)
的材质为
Si/SiO2、
玻璃或者蓝宝石
。3.
根据权利要求1所述的镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管，其特征在于所述栅电极
(2)
的材质为金
、
银
、
铜
、
铝
、
镍或者氧化铟锡
。4.
根据权利要求1所述的镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管，其特征在于栅介电层
(3)
为有机铁电聚合物
P(VDF
‑
TrFE)
层
。5.
如权利要求1所述的镍铝层状双金属氢氧化物异质结突触晶体管的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：
S1、
在衬底
(1)
的上表面制备栅电极
(2)
；
S2、
在栅电极
(2)
的上表面制备栅介电层
(3)
；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙艳梅，王雨霏，孟心茹，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：