[發明專利]一種突觸晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 202110191424.0
• 申請日: 2021-02-19
• 公開（公告）號: CN113013248B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 李俊;伏文輝;張志林;張建華
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H02N1/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明提供了一種突觸晶體管及其制備方法，屬于突觸晶體管技術領域。本發明提供的突觸晶體管結構中柵極將絕緣層和有源層包裹起來，使得柵極電壓能從各個方向對溝道電流進行控制，從而減小了溝道漏電流，降低了器件的功耗；本發明提供的突觸晶體管與摩擦納米發電機相結合，在使用時，外力按壓基板，使得易失電子層和易得電子層發生相對滑動，摩擦發電，柵極存在了電信號，隨著外力繼續按壓，漏電極與有源層接觸，電路導通，溝道有電信號通過，實現了突觸晶體管的自發電，進一步降低了器件的功耗。實驗結果表明，本發明提供的突觸晶體管的開關電流比為10⁵，PPF(雙脈沖易化)為1.87，漏電流為10^?9A。

技術領域

本發明屬于突觸晶體管技術領域，具體涉及一種突觸晶體管及其制備方法。

背景技術

隨著大數據和海量信息時代的到來，基于CMOS邏輯門和馮諾依曼架構的傳統計算機芯片的發展己經遇到了瓶頸。受人類大腦運算模式啟發，模擬神經形態的電子器件成為了研究熱點，尤其是突觸晶體管。要實現真正的“類腦運算”，研制出運算速度快、性能穩定、功耗小的突觸晶體管是必須攻關的技術難題。從結構上來說，當前的突觸晶體管結構主要有兩種，一種是基于TFT結構，器件從上到下依次為有源層、絕緣層和柵極，另一種是全包圍柵極突觸晶體管，有源層為圓柱體，有源層外側依次包裹絕緣層和柵極，前者的結構柵極只能在一個方向上控制溝道電流，導致對導電溝道的控制能力不強，使溝道的漏電流變大，從而增加器件的功耗，突觸晶體管的開關電流比也會變小，器件的整體性能都會下降，后者雖然能夠彌補前者柵極對導電溝通控制能力的不足，在一定程度上降低了器件的功耗，但是隨著對器件性能要求的不斷提高，需要進一步降低器件的功耗。

因此，有必要設計一種突觸晶體管以進一步降低器件的功耗。

發明內容

本發明的目的在于提供一種突觸晶體管及其制備方法。本發明提供的突觸晶體管可實現柵極自供電，大大降低了突觸晶體管的功耗。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種突觸晶體管，包括自下而上依次設置的源電極、有源層、感應電極、漏電極和基板；

所述源電極為圓柱體，且所述源電極外側包套金屬間絕緣體層1；

所述有源層與源電極為同軸圓柱體，并接觸設置于所述源電極的上表面；

所述有源層外側依次包覆有絕緣層、柵極和易失電子層；

所述感應電極為圓筒狀且與源電極同軸；所述感應電極的內壁上設有易得電子層，且所述易得電子層的下端接觸套設在所述易失電子層的上端；

所述漏電極為圓柱體且與源電極同軸；所述漏電極外側包套金屬間絕緣體層2；

所述基板接觸設置于所述漏電極和金屬間絕緣體層2的上表面；

所述金屬間絕緣體層1和金屬間絕緣體層2之間垂直設置有支撐板。

優選地，所述金屬間絕緣體層1和金屬間絕緣體層2的材質獨立地為硼磷硅玻璃、二氧化硅和氮化硅中的至少一種。

優選地，所述絕緣層由固態電解質的納米線構成，厚度為10～100nm。

優選地，所述柵極的高度為30～500nm，厚度為5～50nm。

優選地，所述易失電子層的材質為聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚酰亞胺和特氟龍中的至少一種，厚度為20～200nm。

優選地，所述感應電極的材質為鋁、金、銀、鉬、鎢、銅和鐵中的至少一種。

優選地，所述易得電子層的材質為聚甲基丙烯酸甲酯，厚度為20～200nm。

優選地，所述基板的材質為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亞胺。