[發明專利]一種人工突觸晶體管陣列及其調控方法和應用

有效

• 申請號: 202110461811.1
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113241387B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 李彩虹;杜文;巫江;王志明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113;H01L31/032;H01L31/18;H01L27/144;G06N3/065
• 代理公司: 成都市集智匯華知識產權代理事務所(普通合伙) 51237
• 代理人: 李華;溫黎娟

1.一種人工突觸晶體管陣列，其特征在于，由下到上依次設置有襯底層、溝道層和電極層；所述襯底層為硅和二氧化硅；所述溝道層的材料為二硫化鉬；電極層的材料為鈦和金；襯底層中二氧化硅做柵氧化層，硅做背柵；電極層中鈦為粘附層；所述溝道層的制備方法為化學氣相沉積法；二氧化硅的制備方式是磁控濺射；所述二氧化硅厚度為285nm；鈦的厚度為10nm，金的厚度為100nm，所述電極層整列排布在所述溝道層上；所述化學氣相沉積法包括如下步驟：

將襯底層先后在丙酮和異丙醇中超聲清洗各5min；

將氧化鉬和氯化鈉按質量比6:1混合，從而形成鉬源前驅體；

按質量份數將255份硫粉作為硫源前驅體；

然后將所述鉬源前驅體置于單溫區1英寸管式爐的中央，將硫源前驅體置于所述鉬源前驅體上游，其中所述鉬源與硫源前驅體的距離為23cm；

然后將所述襯底層面對面放置在所述鉬源前驅體的下游，其中，所述襯底層的垂直間距為2mm；

將所述管式爐用高純度氬氫混合氣排凈管內剩余氣體，其中，排氣時間為10min；

將所述管式爐用真空泵抽至低壓，其中壓強為0.4Torr；

向所述管式爐中分別以32-48sccm通入氬氣和以4-6sccm通入氫氣；

然后將所述管式爐升到生長溫度680-780℃，其中升溫速率為50℃/min；

在所述管式爐溫度升到所述生長溫度前1.5min時用加熱帶將硫粉升到180-250℃；

將所述管式爐在所述生長溫度恒溫保持半小時，得到樣品；

最后將所述管式爐移開，使樣品自然冷卻至室溫。

2.根據權利要求1所述的人工突觸晶體管陣列，其特征在于，所述電極層的生長方法為紫外光刻和電子束蒸發。

3.根據權利要求1所述的人工突觸晶體管陣列，其特征在于，所述電極層的成型方法為lift-off，其中剝離溶液為丙酮。

4.權利要求1-3任一項所述的人工突觸晶體管陣列的調控方法，其特征在于：調控方法包括以下方法：

(1)通過在人工突觸晶體管陣列的電極間進行激光照射，激光波長分別為405，520，635,800，850nm；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬人眼對可見光的識別，且將人眼視覺邊界拓展至近紅外光；

(2)通過在所述人工突觸晶體管陣列的電極間照射不同脈沖寬度的單個光脈沖，脈沖寬度從1s逐漸減至5μs；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬生物突觸對超短光脈沖的響應；

(3)通過在所述人工突觸晶體管陣列的電極間照射不同脈沖寬度的單個光脈沖，脈沖寬度從1s逐漸減至5μs；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬生物突觸對超短光脈沖事件的功耗；

(4)通過在所述人工突觸晶體管陣列的電極間照射不同功率的單個光脈沖，功率從27.7mW/cm2逐漸減至1mW/cm2；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬人眼對不同光強的響應；

(5)通過在所述人工突觸晶體管陣列的電極間照射強度相同間隔時間不同的雙光脈沖，間隔從16s逐漸減到0.3s；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬生物突觸的雙脈沖易化；

(6)通過在所述人工突觸晶體管陣列的電極間照射連續的光脈沖，脈沖數目從10個逐漸增長到100個；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬人腦的長期記憶功能和遺忘曲線；

(7)通過在所述人工突觸晶體管陣列的電極間照射連續的光脈沖，脈沖頻率從0.2Hz逐漸增長到5Hz；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬人腦的長期記憶功能和遺忘曲線；

(8)通過在所述人工突觸晶體管陣列的電極間分別輸入光脈沖、電脈沖、同時輸入光電脈沖和只輸入電脈沖；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬人腦的聯想學習功能；

(9)通過在所述人工突觸晶體管陣列的襯底硅施加電壓，從負電壓加到正電壓；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬負面情緒和正面情緒對人腦記憶功能的影響；

(10)通過對所述人工突觸晶體管陣列進行單次和多次字母識別；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬神經視覺成像；

(11)通過對所述人工突觸晶體管陣列進行不同圖像的依次識別；采用這種狀態下的人工突觸晶體管陣列來模擬邏輯電路加減計算。

5.權利要求1-3任一項所述的人工突觸晶體管陣列在模擬視覺識別和大腦存儲相關的生物突觸方面的應用。