[發明專利]一種神經纖維狀器件，由器件制備的芯片及制備方法

有效

• 申請號: 202111472706.4
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN113871534B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 高志鵬;彭鈺博;劉燃;冀健龍;馬曉璐;陳維毅
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/40;G01N27/26;G06N3/067
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔浩

本發明要求保護一種神經纖維狀器件，由器件制備的芯片及制備方法，屬于人工神經纖維狀芯片技術領域；所要解決的技術問題為：提供一種神經纖維狀器件、由器件制備的芯片結構以及制備方法的改進；解決該技術問題采用的技術方案為：包括外殼和纖維，所述外殼設置在纖維外側，所述纖維為多層結構，所述纖維由內到外依次設置有骨架、第一金屬絲、有機半導體層、第二金屬絲、凝膠層、第三金屬絲；第一金屬絲螺旋狀纏繞在骨架外側；有機半導體層覆蓋在骨架和第一金屬絲的外側，第二金屬絲螺旋狀纏繞在有機半導體層的外側；凝膠層覆蓋在有機半導體層和第二金屬絲外側，第三金屬絲螺旋狀纏繞在凝膠層外側；本發明應用于生物傳感。

技術領域

本發明要求保護一種神經纖維狀器件，由器件制備的芯片及制備方法，屬于人工神經纖維狀芯片技術領域。

背景技術

有機電化學晶體管(OECTs)以其工作電壓低、靈活性和好的生物相容性等優點在生物電子學領域有很大的應用潛力；生物神經系統中的基本要素是突觸，用于在無數神經元之間傳遞時空信息；依靠可調節的突觸權重，生物神經系統可以高效、低能耗地執行一系列功能，包括感知、傳輸和響應外部刺激等。受此啟發，可以通過人工制備突觸實現接收、響應和輸出信息。

目前在人工傳感系統領域，由研究人員報道了多種電子設備來模擬生物突觸的功能，其中，三端有機電化學晶體管(OECTs)，與生物突觸有相似之處，有潛力用于制造人工突觸裝置；在OECTs中，門電極類似突觸的前神經元，溝道則起到突觸后神經元的作用，通過施加第三金屬絲偏置后，溝道電導率隨有源層摻雜水平變化，而調節溝道的電導率，晶體管可模擬突觸的基本行為，例如尖峰時序相關的可塑性(STDP)、短期增強(STP)、長期增強(LTP)和長期抑制(LTD)等；此外由于OECTs具有高峰值跨導、好的生物相容性、低電壓驅動和靈活的特性，可與生物傳感器（如壓敏傳感器、光敏傳感器和化學傳感器等）集成，一起創建復雜的神經形態感覺系統。

目前三端有機電化學晶體管已廣泛應用于生物電子學領域，但實景應用對器件性能有獨特的要求；例如在記錄腦電圖的過程中，高瞬時速度至關重要，在半導體溝道中嵌入移動離子可縮短響應時間(τ)，此外幾何工程能有效改善OECTs的功能，比如交叉構型的光敏元件最近被用于脫氧核糖核酸(DNA)的高靈敏生物傳感；在集成電路中，集成的器件總是需要較小的門電壓（VTH）來減少電源供應，特別是對于便攜式或可穿戴設備；結構方面，OECTs需要極短的溝道距離，平面結構的器件難以實現，通常會采取垂直分布的結構來縮短溝道的距離，而纖維狀的三維OECTs傳感器通過交叉的結構很容易就能實現；可穿戴性方面，平面結構的工藝很難使器件集成在衣服和紡織品中，纖維狀的三維OECTs傳感器通過交叉的結構和柔性的特點很容易就能與紡織品結合到一起，目前的OECTs器件僅能用作模擬突觸的功能，但長軸突的神經模擬還沒有很好的方案。

發明內容

本發明為了克服現有技術中存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種神經纖維狀器件、由器件制備的芯片結構以及制備方法的改進。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種神經纖維狀器件，包括外殼和纖維，所述外殼設置在纖維外側，所述纖維為多層結構，所述纖維由內到外依次設置有骨架、第一金屬絲、有機半導體層、第二金屬絲、凝膠層、第三金屬絲；

所述第一金屬絲具體呈螺旋狀纏繞在骨架的外側；

所述有機半導體層覆蓋在骨架和第一金屬絲的外側，所述第二金屬絲具體呈螺旋狀纏繞在有機半導體層的外側，以便于形成多個交叉點，用于后期調控，所述有機半導體層具體與第一金屬絲和第二金屬絲的交界處相連，兩金屬絲交叉易于形成較薄和較均勻的性能穩定的有機半導體層；

所述凝膠層覆蓋在有機半導體層和第二金屬絲的外側，所述第三金屬絲具體呈螺旋狀纏繞在凝膠層的外側，所述凝膠層具體與有機半導體層和第三金屬絲的交界處相連；

所述第三金屬絲垂直設置在第一金屬絲與第二金屬絲交叉點的上方，有利于第三金屬絲對溝道的調控；