[發明專利]一種電解質突觸晶體管及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110004809.1
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112820780B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 魯統部;姚鑌瑋;陳旭東
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H01L29/788
• 分類號: H01L29/788;H01L21/336;H01L29/423
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 慶之

本發明公開了一種電解質突觸晶體管及其制備方法和應用，包括導電溝道和位于所述導電溝道上的石墨炔層，所述石墨炔層上覆蓋有電解質。本發明在溝道和電解質之間設置石墨炔層作為浮柵存儲層，電解質作為柵極，可阻隔固電解質中的離子與導電溝道接觸，避免了離子在溝道中頻繁插入/脫離，從而對溝道的晶格結構進行有效保護，使器件具有很好的循環穩定性。同時，本發明的電解質突觸晶體管具有非易失性特性，成功模擬了各種具有代表性的突觸特性，且在彎曲測試中表現出優異的穩定性和可靠性。

技術領域

本發明屬于人工突觸技術領域，具體涉及一種電解質突觸晶體管及其制備方法和應用。

背景技術

近50年來，晶體管的尺寸和工藝創新都遵循著摩爾定律，這是集成電路行業發展的黃金法則。為了提高器件性能，人們對半導體的工藝進行了大量創新，如應變硅、高-K柵介質、金屬柵、三端場效應晶體管結構等。但這些構建器件的方法工藝十分復雜。當器件的尺寸小于100nm以下時，由于短溝道效應，會引起功耗的大大增高。為了克服摩爾定律即將失效、大規模集成和制造成本帶來的諸多問題，對器件的制作工藝及集成技術進行創新越來越受到人們的重視，成為后摩爾時代微電子領域的重要前沿。2016年后摩爾時代微電子器件技術的發展路線被重新定義。除此之外，互補金屬氧化物半導體器件被列為國際半導體路線圖中的關鍵研發領域。基于這條路線，通過探索基于新電子材料和工作原理的新興器件，可以實現超高性能和超低功耗。

傳統計算機是以金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)為核心器件的集成電路，為現代信息社會奠定了基礎，見證了諸多領域的技術創新。然而，受到內存和中央處理器(CPU)在結構上物理分離的影響，傳統計算機在海量數據處理方面存在著巨大的挑戰，被稱為“馮·諾依曼”瓶頸。在“大數據”時代，這一瓶頸在物聯網的大范圍應用普及時將變得尤為突出。人腦是一個具有高度并行計算和自適應學習能力的系統，為了解決“馮·諾依曼”瓶頸限制，人們提出了人工神經網絡達到并行計算的目的，并取得了一系列突破性成果。然而，人工神經網絡的算法和相關軟件仍然在常規計算機上運行，導致計算能力有限、效率低等問題。比如1200個中央處理器(CPU)和180個圖像處理器(GPU)實現的AlphaGo，功耗高達幾十萬瓦。

模擬人腦發展的神經形態計算能夠以高效且節能的方式并行處理大量非結構化信息，近年來備受關注。在過去的幾年里，各種人工突觸器件，如雙端結構的憶阻器和多端結構的神經形態晶體管，被用來構建用于神經形態計算的硬件人工神經網絡。特別是利用電解液調節通道電導狀態的離子門控突觸晶體管，在權重更新方面表現出了良好的線性和對稱性，開關電壓極低，保持時間長，在超低能耗的情況下實現了接近理想的識別精度。然而，這些器件在多次循環后性能容易發生退化。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種電解質突觸晶體管，該電解質突觸晶體管具有良好的穩定性。

本發明還提出上述電解質突觸晶體管的制備方法和應用。

根據本發明的第一個方面，提出了一種電解質突觸晶體管，包括導電溝道和位于所述導電溝道上的石墨炔層，所述石墨炔層上覆蓋有電解質。

根據本發明的第一個方面，本發明至少具有如下有益效果：