[發明專利]一種鐵電調控的兩端導電聚合物人工突觸器件及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910967931.1
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110797459B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 彭暉;張宇;蔣純莉;羅春花;鐘妮;田博博;林和春;段純剛
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01L51/40
• 分類號: H01L51/40;H01L51/05
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種鐵電調控的兩端導電聚合物人工突觸器件及制備方法和應用，其制備方法是在電極表面旋涂有導電聚合物薄膜，然后再在導電聚合物薄膜表面旋涂一層有機鐵電聚合物薄膜，最后在有機鐵電聚合物薄膜上熱蒸發一層導體作為上電極，形成三明治的器件結構。其中所述電極為金、銀、銅、鋁、銦錫氧化物等導體。本發明所制備的人工突觸器件能夠實現生物突觸相似的功能，具有低功耗、響應速度快及記憶時間長等優點。其制備方法操作步驟簡單、成本低、易于實施，并且安全、環保。

技術領域

本發明涉及人工突觸器件制備技術領域，特別是一種基于導電聚合物和有機鐵電聚合物的兩端人工突觸器件及制備方法和應用。

背景技術

人腦是能量消耗極低的最有效的信息處理系統。其通過神經網絡以并行方式存儲和處理大量信號，其中突觸通過調整突觸權重發揮模擬邏輯，記憶和學習的功能作用。受突觸的生物學功能的啟發，構建人工突觸裝置以獲得低能耗和高效率的神經形態網絡已經取得了巨大的效果。

自Diorio等人在1996年提出了一種基于浮柵硅晶體管的人工突觸裝置以來，已經構建了各種裝置來模仿基于不同機制的生物突觸的功能，例如金屬氧化物電阻憶阻器，相變存儲器，鐵電器件和場-效應晶體管(FET)。這些器件都成功地模擬了生物突觸的各種功能，包括長時程增強(LTP)，長期抑制(LTD)，峰值時間依賴性可塑性(STDP)和峰值速率依賴性可塑性(SRDP)。

相對于無機材料來說，有機高分子材料由于其低成本、柔性、可定制性能以及與現代微電子工藝兼容等特性，在制備人工突觸器件，尤其是柔性人工突觸器件方面具有巨大的優勢。導電聚合物(CP)具有獨特的離域電子結構，其導電率可在10-⁹S/cm至10⁵S/cm的范圍內可控調節，在制備的有機人工突觸器件方面顯示出了巨大的應用前景。但是基于傳統導電聚合物如PEDOT:PSS、P3HT的人工突觸器件需要一層電解質層，用于提供聚合物在氧化過程中所需的摻雜陰離子，并且器件結構多為三端結構。這不僅增加了器件制備工藝的復雜性，而且器件的響應速度也受制于離子的擴散速度，導致器件較大的功耗和較慢響應速度。因此基于導電聚合物的人工突觸器件在降低能耗和提高響應速度仍存在巨大挑戰。

發明內容

本發明目的是提供一種鐵電調控的兩端導電聚合物人工突觸器件及制備方法和應用，通過有機鐵電聚合物薄膜的引入，降低器件能耗和提高響應速度。該器件能夠模擬生物突觸的行為，實現長時程增強(LTP)、長時程抑制(LTD)和脈沖頻率依賴可塑性(SRDP)等功能，且具有功耗低、響應快、記憶時間長、制備方法簡單，成本低、易于實施、安全、環保等優點。可應用于人工智能硬件和人工神經網絡硬件方面的應用。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種鐵電調控的兩端導電聚合物人工突觸器件的制備方法，該方法包括以下具體步驟：

步驟1：對下電極進行清洗

將下電極放入去離子水中超聲1～3分鐘，然后放入丙酮溶液中超聲1～3分鐘，再放入異丙醇中超聲1～3分鐘，最后將下電極放入真空干燥箱中干燥；

步驟2：制備旋涂溶液

將有機鐵電聚合物溶于碳酸二乙酯溶液或丁酮溶液中，其中有機鐵電聚合物的質量分數為1wt％—2.5wt％；導電聚合物溶液溶于水或碳酸二乙酯溶液中，導電聚合物的質量分數為1wt％—15wt％；

步驟3：導電聚合物薄膜和有機鐵電聚合物薄膜的旋涂

用滴管取導電聚合物溶液，滴加在旋轉的步驟1所清洗過的電極基片上，旋轉速度為500r/s-4000r/s,制備導電聚合物薄膜；然后在旋轉速度為500r/s-3000r/s的范圍內，滴加有機鐵電聚合物溶液，在導電聚合物薄膜上制備有機鐵電聚合物薄膜；

步驟4：退火