[發(fā)明專利]一種人工突觸晶體管陣列及其調(diào)控方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110461811.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113241387B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李彩虹;杜文;巫江;王志明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/113
• 分類號(hào): H01L31/113;H01L31/032;H01L31/18;H01L27/144;G06N3/065
• 代理公司: 成都市集智匯華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51237
• 代理人: 李華;溫黎娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種人工突觸晶體管陣列，由下到上依次設(shè)置有襯底層、溝道層和電極層。本發(fā)明的人工突觸晶體管陣列通過(guò)在所述襯底層上依次設(shè)置所述溝道層和所述電極層，并利用所述襯底層的硅作為背柵結(jié)構(gòu)，利用將所述溝道層的材料為大面積均勻的多層二硫化鉬，使晶體管可以實(shí)現(xiàn)陣列化且可以工作在可見(jiàn)光和近紅外光波段，且二硫化鉬富含缺陷態(tài)，可以增強(qiáng)載流子的束縛，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)突觸可塑性、高敏感性和低功耗。因此使得人工突觸晶體管集傳感?存儲(chǔ)?預(yù)處理功能為一體，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼感知和人腦存儲(chǔ)的模擬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及仿生突觸領(lǐng)域，具體涉及一種人工突觸晶體管陣列及其調(diào)控方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

人工突觸晶體管在仿生人眼感知和大腦存儲(chǔ)方面都有著廣泛的應(yīng)用。基于人工突觸晶體管的計(jì)算和成像往往需要大面陣和低功耗以及高靈敏度。在仿生人眼方面，多數(shù)基于人工突觸晶體管的系統(tǒng)只能感知可見(jiàn)光波段，而且對(duì)超短的光刺激脈沖可能敏感度不高。在信息存儲(chǔ)方面，強(qiáng)突觸可塑性和低功耗以及短期可塑性和長(zhǎng)期可塑性的高對(duì)比度才能滿足模擬人腦存儲(chǔ)的要求。在信息處理方面，由于存算分離，即馮諾依曼瓶頸，導(dǎo)致處理效率低功耗高。

近年來(lái)基于二維材料的突觸晶體管，憶阻器和相變存儲(chǔ)器等大量用于模擬生物神經(jīng)。但是這種基于二維材料的突觸晶體管可能需要輔助于其他材料或結(jié)構(gòu)用以增強(qiáng)載流子束縛且單個(gè)光脈沖事件的功耗目前最低為fJ量級(jí)，因此增加了器件制備的難度且高功耗不利于后續(xù)的復(fù)雜應(yīng)用。同時(shí)，這種突觸晶體管也要求溝道材料可實(shí)現(xiàn)大面積制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種人工突觸晶體管陣列，通過(guò)對(duì)人工突觸晶體管的溝道層材料設(shè)置為大面積均勻的多層且富含缺陷態(tài)的二硫化鉬，從而使得器件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超短光脈沖的響應(yīng)且功耗極低，同時(shí)利用襯底硅作為背柵結(jié)構(gòu)，從而使得單個(gè)器件易于陣列化，避免在制備過(guò)程中結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致的工藝難度較大的問(wèn)題，且柵調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)突觸可塑性的增強(qiáng)和抑制。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明首先提供以下技術(shù)方案：

一種人工突觸晶體管，所述突觸晶體管由下到上依次包括襯底層、溝道層和電極層，其中所述襯底層為硅和二氧化硅；所述溝道層為大面積均勻的二硫化鉬薄膜；所述溝道層上設(shè)置電極層。

本發(fā)明還提供如下優(yōu)化方案：

優(yōu)選的，所述襯底層的材料為硅和二氧化硅雙層結(jié)構(gòu)：通過(guò)磁控濺射法將二氧化硅蒸鍍到p型摻雜的硅晶圓上，其中二氧化硅厚度為285nm。

所述襯底層的材料為硅和二氧化硅，其中二氧化硅做柵氧化層，硅做背柵，其中二氧化硅的制備方式是磁控濺射，厚度為285nm，此厚度易于后續(xù)的溝道層生長(zhǎng)，而且是合適的柵氧化層厚度,不易被柵電壓擊穿。且背柵結(jié)構(gòu)器件制備更簡(jiǎn)單。

優(yōu)選的，所述溝道層的材料為大面積均勻的二硫化鉬。

優(yōu)選的，所述溝道層的生長(zhǎng)方法為化學(xué)氣相沉積法。

優(yōu)選的，所述化學(xué)氣相沉積法包括：

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(zhì)量比約6:1份混合，從而形成鉬源前驅(qū)體；

按質(zhì)量份數(shù)將255份硫粉作為硫源前驅(qū)體；

然后將所述鉬源前驅(qū)體置于單溫區(qū)1英寸管式爐的中央，將硫源前驅(qū)體置于所述鉬源前驅(qū)體上游；

優(yōu)選的，其中所述鉬源與硫源前驅(qū)體的距離為23cm左右；

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

將所述管式爐用高純度氬氫混合氣排凈管內(nèi)剩余氣體，其中，排氣時(shí)間為10min左右。

將所述管式爐用真空泵抽至低壓，其中壓強(qiáng)為0.4Torr左右；