[發(fā)明專利]一種基于P3HT納米線的三端三維人造突觸電子器件的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110625803.6
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113363386B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐文濤;王子賢;楊露
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: H01L51/40
• 分類號: H01L51/40;H01L51/30;H01L51/05;H01L51/10;G06N3/063;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種基于P3HT納米線的三端三維人造突觸電子器件的制備方法。該方法包括如下步驟：將碳納米管水分散液噴涂到貼有掩模版的氧化硅片上，得到碳納米管層材質(zhì)的電極；將掩模版取下，再向氧化硅片上涂覆離子液體溶液，干燥后揭下離子膠，得到上面分布有電極形狀的碳納米管層的離子膠襯底；在分布有電極形狀的碳納米管層的離子膠襯底表面上，通過靜電紡絲方式得到的P3HT納米線；再將第二離子膠層貼在上一步中得到材料上，獲得三端三維突觸電子器件。本發(fā)明得到的電子器件可以在正反等多個方向?qū)Υ碳みM(jìn)行感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上對生物突觸的模擬，對大規(guī)模集成和陣列的應(yīng)用意義重大。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子器件領(lǐng)域，特別是基于P3HT納米線的三端三維突觸電子器件。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人類已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代，每天都有大量的數(shù)據(jù)被存儲、計(jì)算和傳輸；然而，由于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是基于馮﹒諾伊曼架構(gòu)，其內(nèi)存和CPU是分離的，這嚴(yán)重限制計(jì)算算力、效率的提高和功耗的降低，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)很難與人腦的功能相媲美。人腦能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信息處理、學(xué)習(xí)和記憶，同時(shí)具有極低的功耗，僅相當(dāng)于一個燈泡大小。因此在硬件角度實(shí)現(xiàn)對大腦結(jié)構(gòu)和功能的模擬，使電子設(shè)備具有高算力、高效率和低功耗的特點(diǎn)，將會是打破馮﹒諾伊曼瓶頸，實(shí)現(xiàn)超級計(jì)算的重要方向。

人腦高效率、低功耗的特點(diǎn)得益于突觸這種特殊的結(jié)構(gòu)，它由突觸前膜(Presynaptic membrane)、突觸間隙(Synaptic cleft)、突觸后膜(Postsynapticmembrane)三部分組成，具體可參加附圖1。人腦是由近百萬個神經(jīng)突觸把前神經(jīng)元和后神經(jīng)元連接而成的，連接的強(qiáng)度被定義為突觸的權(quán)重；突觸的權(quán)重可以隨著刺激變化而變化，突觸的這種性質(zhì)被稱為突觸可塑性(Plasticity)。根據(jù)保留時(shí)間的長短，突觸可塑性主要分為長程可塑性(Long-term plasticity,LTP)和短程可塑性(short-term plasticity,STP)。一般長程可塑性表示持續(xù)時(shí)間長達(dá)幾個小時(shí)或者更長突觸權(quán)重的變化，從而使大腦能夠存儲大量的信息；短程可塑性發(fā)生在幾毫秒到幾分鐘之間，是大腦進(jìn)行信息計(jì)算和處理的生物基礎(chǔ)。隨著神經(jīng)形態(tài)電子學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)對大量的兩端、三端人造突觸電子器件進(jìn)行了報(bào)道，但是對三維突觸電子器件的制備鮮有報(bào)道，而三端三維突觸電子器件是在結(jié)構(gòu)和功能上與生物突觸最為接近的，因此設(shè)計(jì)、制造相應(yīng)的三端三維突觸電子器件，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)初步的集成化設(shè)計(jì)仍是現(xiàn)如今神經(jīng)形態(tài)電子學(xué)的發(fā)展難點(diǎn)。現(xiàn)有的三維人造突觸多是基于垂直堆疊的縱橫電極(vertically stacking crossbar electrodes)結(jié)構(gòu)、具有交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)的多層堆疊體系的，但上述方法制備的突觸器件為兩端器件，不利于突觸器件的大規(guī)模陣列和集成，同時(shí)在工作時(shí)極易出現(xiàn)電流泄露等現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對當(dāng)前技術(shù)中存在的不足，提供一種基于P3HT納米線的三端三維人造突觸電子器件的制備方法。該方法采用離子膠為襯底、P3HT納米線打印制備突觸器件的組合方式，并通過離子膠對噴涂的碳納米管電極進(jìn)行轉(zhuǎn)移。本發(fā)明得到的電子器件可以在正反等多個方向?qū)Υ碳みM(jìn)行感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上對生物突觸的模擬，對大規(guī)模集成和陣列的應(yīng)用意義重大。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于P3HT納米線的三端三維人造突觸電子器件的制備方法，包括如下步驟：

1)將碳納米管水分散液噴涂到貼有掩模版的氧化硅片上，80～100℃下加熱3～7min，得到電極形狀的碳納米管層；

其中，碳納米管水分散液中碳納米管的質(zhì)量百分比為3.5～7.5％；所述的電極優(yōu)選為源電極和漏電極；碳納米管層的厚度為20μm—200μm；

2)將步驟1)中的掩模版從氧化硅片上取下，再向氧化硅片上涂覆離子液體溶液，60～85℃下真空干燥2～5h，冷凝后形成第一離子膠層，將其揭下，翻轉(zhuǎn)，得到上面分布有電極形狀的碳納米管層的離子膠襯底；