【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电器件，具体涉及一种光敏神经突触薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
1、受生物神经形态系统的启发，人工突触晶体管可以同时感知、记忆和处理大量信息，为克服神经形态计算的冯诺依曼瓶颈铺平了道路。在人工突触器件中，光电突触器件因其优势而备受学者关注。与传统的电突触晶体管相比，光电突触器件能够以光学方式模拟突触可塑性行为及其相关功能，而且光输入信号的低功耗和低干扰有利于高速、高密度地处理海量信息，从而实现光神经形态计算和人工视觉感知系统。
2、目前，各种结构的光电器件被用来模拟生物突触的特性，其中基于非晶氧化物半导体的三端薄膜晶体管结构被认为具有优异的突触性能。锌锡氧氮薄膜材料在承继金属氧化物材料在大面积制备、工艺兼容性、光电突触特性等方面优势的同时，其光电响应范围可延至整个可见光区，满足宽光谱光响应薄膜晶体管沟道层要求，可以有效解决传统金属氧化物神经突触薄膜晶体管存在的可见光响应灵敏度较低的问题。
3、公开号为cn106206681a的中国专利公开了一种薄膜晶体管及制备方法和交互式显示装置，其中，薄膜晶体管包括衬底、栅电极层、栅介质层、沟道层、源电极层和漏电极层；其中，沟道层为锌锡氮氧薄膜；锌锡氮氧薄膜的化学式为：znasnbnyoz。其通过采用化学式为znasnbnyoz的锌锡氮氧薄膜作为沟道层，相较于传统的铟镓锌氧薄膜晶体管来说，锌锡氮氧薄膜中的元素不包含稀有元素，这就使得薄膜晶体管的生产成本能够大大降低。并且，由于锌锡氮氧薄膜具有较高的迁移率和较窄的带隙，开启速度快且能对包括可见光波长范围
4、但是，由于上述专利公开的薄膜晶体管为金属氮化物，且金属氮化物的化学不稳定性，锌锡氧氮可以在空气环境中容易转化为锌锡氧，使得光响应强度下降，导致锌锡氧氮薄膜材料在光电器件领域的应用受限。
5、因此，为了实现具有高稳定性的锌锡氧氮薄膜晶体管，亟需设计一种能够控制锌锡氧氮沟道的光响应性能的，同时提高化学稳定性的薄膜晶体管。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种光敏神经突触薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有较高的化学稳定性和可见光光响应强度。
2、本专利技术提供了一种光敏神经突触薄膜晶体管，包括：
3、衬底；
4、栅电极，所述栅电极形成于所述衬底上；
5、栅介质层，所述栅介质层形成于所述栅电极上；
6、沟道层，所述沟道层形成于所述栅介质层上，所述沟道层为锌锡氧氮氟薄膜；
7、源电极和漏电极，所述源电极和漏电极形成于沟道层上，且源电极和漏电极分隔独立。
8、本专利技术提供的沟道层的材料为锌锡氧氮氟，通过引入氟元素来钝化氮空位，从而提高锌锡氧氮薄膜晶体管的空气稳定性。除此之外，该方法能够避免引入额外的界面缺陷，工艺较为简单。
9、进一步的，所述锌锡氧氮氟薄膜的化学式为znasnboxnvfz，其中，以原子百分比计，40≤a≤70，2≤b≤30，10≤x≤45，1≤y≤30，1≤z≤30，且a+b+x+z＝100。本专利技术提供的光敏神经突触薄膜晶体管的迁移率为0.15-22cm2/v·s，电流开关比为103-107a，亚阈值为0.10-2.95mv/dec。
10、进一步优选的，氟元素的原子百分比为1-10。当掺入氟元素的含量过低时，起不到足够的钝化作用，锌锡氧氮薄膜依然容易在空气中被氧化；当氟元素含量过高时，一方面可能会产生额外的氟间隙，从而使器件的电学性能恶化。另一方面，过量的氟掺入会抑制持续光电导效应，影响光敏神经突触晶体的电流保留特性。所以，当氟元素的原子百分比为一定值时，薄膜晶体管的光电性能较优。
11、进一步的，所述沟道层的厚度为20nm-100nm。当厚度过厚时，能够增大源电极与漏电极之间的接触电阻，此现象可能导致晶体管关不断，无法正常工作；当沟道层过薄时，会使金属氧化物的成膜质量降低，通常会呈高阻态，无法保证器件的电学性能以及仿生突触性能。优选的，沟道层的厚度为35nm。
12、进一步的，所述衬底的材料为硅片、玻璃、塑料、氮化铝、碳化硅、蓝宝石、石英或者氮化镓。
13、进一步的，所述栅电极的材料为au、w、ito、pt、ag、cr、ta、mo或者ti。
14、进一步的，所述栅介质层的材料为sio2、al2o3、hfox、co2o3、mgo或者cao。
15、进一步的，所述源电极的材料为au、w、cu、al、ito、pt、ag、cr、ta、mo或者ti；
16、所述漏电极的材料为au、w、cu、al、ito、pt、ag、cr、ta、mo或者ti。
17、本专利技术还提供了一种光敏神经突触薄膜晶体管的制备方法，包括：
18、(1)采用真空镀膜技术，在衬底上依次沉积栅电极层和栅介质层；
19、(2)采用磁控溅射方法在所述栅介质层上沉积锌锡氧氮氟薄膜形成沟道层，然后进行退火处理，其中所述磁控溅射方法的工艺参数为：气体范围为氮气和一氧化氮的混合气或氮气，气体压强为0.65-5.98pa，溅射功率为60-120w；
20、(3)采用磁控溅射方法在步骤(2)得到的沟道层上沉积源电极和漏电极得到光敏神经突触薄膜晶体管。
21、本专利技术提供的高功率高气压下溅射的锌锡氧氮氟薄膜中的氮元素含量较多，因此器件的沟道层带隙较窄。但是，过高功率溅射的成膜速率快，成膜质量无法保证，会导致器件的电学性能恶化。
22、进一步的，对沟道层进行退火处理，其中退火温度为200-400℃，退火时间为10min-4h，退火氛围为惰性气体。优选的，惰性气体为氮气。
23、本专利技术提供的光敏神经突触薄膜晶体管在可见光照射下产生响应电流，并在撤光后电流缓慢降至初始值即具备持续光电导效应，以及实现短程可塑，长程可塑等与生物仿生突触相关的记忆行为。并且该器件具备可见光范围光响应增强，化学稳定性增强等特点，因此能够满足可见光波段光敏神经突触的使用需求。本专利技术通过在锌锡氧氮材料中掺入氟元素可以提高器件的化学稳定性，从而实现宽光谱响应和高化学稳定性并存的光敏神经突触器件。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
25、本专利技术通过利用锌锡氧氮氟薄膜作为沟道层，其目的是利用氟元素钝化氮空位使得氮元素难以与空气中的水等结合形成氧化物从而脱离薄膜晶体管，从而本专利技术提供的光敏神经突触薄膜晶体管具有较高的空气稳定性。
26、由于本专利技术提供的沟道层中的氟元素使得氮元素稳定的存在于薄膜晶体管内，并且引入的氟元素能够优化器件的电学性能，如提高迁移率和电学稳定性。因此不需要添加大量的氮元素就能够使得本专利技术提供的光敏神经突触薄膜晶体管带隙较窄，吸收系数较高，可见光范围内光响应强度大，相比传统的金属氧化物薄膜更加适合作为光敏神经突触器件的沟道层材料。
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1.一种光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，所述锌锡氧氮氟薄膜的化学式为ZnaSnbOxNvFz，其中，以原子百分比计，40≤a≤70，2≤b≤30，10≤x≤45，1≤y≤30，1≤z≤30，且a+b+x+y+z＝100。
3.根据权利要求2所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，氟元素的原子百分比为1-10。
4.根据权利要求1所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，所述沟道层的厚度为20nm-100nm。
5.根据权利要求1所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，所述衬底的材料为硅片、玻璃、塑料、氮化铝、碳化硅、蓝宝石、石英或氮化镓。
6.根据权利要求1所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，所述栅电极的材料为Au、W、ITO、Pt、Ag、Cr、Ta、Mo或Ti。
7.根据权利要求1所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，所述栅介质层的材料为SiO2、Al2O3、HfOx、Co2O3、MgO或CaO。
8.根据权利
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的光敏神经突触薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的光敏神经突触薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，对沟道层进行退火处理，其中退火温度为200-400℃，退火时间为10min-4h，退火氛围为惰性气体。
...【技术特征摘要】
1.一种光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，所述锌锡氧氮氟薄膜的化学式为znasnboxnvfz，其中，以原子百分比计，40≤a≤70，2≤b≤30，10≤x≤45，1≤y≤30，1≤z≤30，且a+b+x+y+z＝100。
3.根据权利要求2所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，氟元素的原子百分比为1-10。
4.根据权利要求1所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，所述沟道层的厚度为20nm-100nm。
5.根据权利要求1所述的光敏神经突触薄膜晶体管，其特征在于，所述衬底的材料为硅片、玻璃、塑料、氮化铝、碳化硅、蓝宝石、石英或氮化镓。
6.根据权利要求1所述的光敏...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁凌燕，刘小涵，曹鸿涛，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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