[發明專利]一種基于二維Ti3C2材料的神經仿生器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201811367908.0
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109524545A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 閆小兵;王開洋
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G06N3/06
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 蘇艷肅

本發明提供了一種基于二維Ti₃C₂材料的神經仿生器件，包括Pt/Ti/SiO₂/Si襯底、在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底的Pt膜層上形成的神經仿生層以及在所述神經仿生層上形成的Al電極層，所述神經仿生層為二維Ti₃C₂材料。本發明所提供的神經仿生器件，使用蒸發鍍膜和滴涂法進行制造，工藝簡單。所制造的器件可以對神經突觸的特性進行良好的模擬，并且該器件可以在脈寬和間隔為10ns的脈沖序列掃描下進行連續的電阻調節，這有利于該器件用于超快生物突觸的模擬與應用。

技術領域

本發明涉及神經仿生器件技術領域，具體涉及一種基于二維Ti₃C₂材料的神經仿生器件及其制備方法。

背景技術

在傳統的電子計算機中，由馮諾依曼結構引起的瓶頸是計算模塊和存儲單元的分離。這使得CPU必須從存儲單元讀取數據，然后在執行命令時執行它，這導致大量時間和功耗來讀取數據。 面對這個嚴重的問題，以前的研究發現人腦已經解決了這個問題。由于其存儲和計算的內在融合，人腦中相互連接的神經元可以有效地處理復雜的任務。因此，為了模擬大腦的特征，學術界和工業界正在探索類似于人類大腦的系統，這就需要使用非傳統設備實現不同于馮諾依曼結構的信息存儲和處理。

憶阻器是一種帶記憶功能的非線性電阻器，是一種經過廣泛研究得以模擬大腦并模擬實現人工突觸的設備。它具有遠遠優于當前的數字架構的卓越的數據處理能力，并且可以在生物尺度上更好地對信息進行模擬和計算。目前，已有一些關于憶阻器神經突觸仿生器件的研究報道，但其仿生效果不太理想，尤其當調控脈寬降低到一定程度后，器件難以正常打開并進行調控。因此，研究一種結構簡單、仿生效果好的超快神經突觸仿生器件具有重要意義。

二維材料的獨特性能引起了研究者研究的熱潮。由于二維層狀材料在電化學等領域的潛在應用，研究人員一直在尋找新的二維分層材料。2011年，研究人員Naguib. M和其他學者使用氫氟酸蝕刻去除Ti₃AlC₂T_x中的Al，從而形成被稱為Ti₃C₂T_x的新型二維金屬碳化物。目前，還未見關于將Ti₃C₂材料應用于制作神經突觸仿生器件并取得較好仿生效果的報道。

發明內容

本發明的目的之一就是提供一種基于二維Ti₃C₂材料的神經仿生器件，已解決現有器件仿生效果不理想的問題。

本發明的目的之二就是提供一種基于二維Ti₃C₂材料的神經仿生器件的制備方法。

本發明的目的之一是這樣實現的：一種神經仿生器件，包括Pt/Ti/SiO₂/Si襯底、在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底的Pt膜層上形成的神經仿生層以及在所述神經仿生層上形成的Al電極層，所述神經仿生層為二維Ti₃C₂材料。

所述神經仿生層采用滴涂法制備形成，神經仿生層的厚度為100~200nm。

所述Al電極層采用蒸發沉積法制備形成，Al電極層由若干均勻分布在神經仿生層上的直徑為80~300μm的圓形電極構成。

所述圓形電極的厚度為100nm~200nm。

所述Pt/Ti/SiO₂/Si襯底從下到上依次包括Si層、SiO₂層、Ti 層和Pt膜層。

本發明的目的之二是這樣實現的：一種神經仿生器件的制備方法，包括如下步驟：