[發明專利]一種導電聚合物基仿生憶阻器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210268314.4
• 申請日: 2022-03-18
• 公開（公告）號: CN114613907A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 羅希良;凌海峰;明建宇;高錦程;葛益璋;解令海;黃維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 盧霞

本發明公開了一種導電聚合物基仿生憶阻器及其制備方法，通過引入PEDOT:PSS/AlOx的有機?無機雜化界面或PEDOT:PSS/Pentacene有機?有機界面，構建一種由富含離子的半導體層和離子收集導電層組成的聚合物憶阻器結構，改進了有機憶阻器的開關功耗及穩定性，使其擁有生物突觸響應。本發明的憶阻器結構從下往上依次為底電極氧化銦錫ITO、經過低溫退火的PEDOT:PSS有機功能層、無機阻變層非化學計量比AlOx或有機阻變層并五苯Pentacene、頂電極金屬Al，形成結構為ITO/PEDOT:PSS/AlOx/Al或結構為ITO/PEDOT:PSS/Pentacene/Al的憶阻器器件。本發明用于實現多級開關特性并改進了開關功耗（1.2μw），可應用于突觸塑性功能模擬，為低功耗應用場景和神經形態計算提供了可能。

技術領域

本發明屬于半導體技術和神經形態硬件領域，具體涉及一種導電聚合物基仿生憶阻器及其制備方法。

背景技術

目前，利用憶阻器實現突觸功能和制造神經形態裝置系統從而實現類腦計算的研究備受學術界和工業界的關注。當前基于金屬氧化物制備的憶阻器件在阻變過程中因導電細絲形成的隨機性大大降低了器件的均勻性，同時所伴隨的較高的開啟電壓，使得難以實現人腦高效低功耗運行。因此，如何尋求新的發展方向開始成為人們重點關注的問題。

近年來，以有機材料為主的有機憶阻器因其制備過程方便、柔性化、尺寸可縮小等優點，在憶阻器研究中尤為引人注目。有機憶阻器的工作原理，主要是利用有機聚合物中的分子特性結合已有的各類無機憶阻器思路展開。目前，已存在針對有機-無機界面進行簡單堆垛的設計，申請號為201910156030 .4和202011337428.7的專利文件均公開了憶阻功能層由下層無機-有機雜化薄膜和上層金屬氧化物的有機憶阻器，通過無機-有機/無機雜化雙層納米薄膜憶阻器已經實現類神經突觸的幾項重要功能，如長時程增強(LTP)和長時程抑制(LTD)、短時程可塑性向長時程可塑性的轉變、雙脈沖易化(PPF)、尖峰時間依賴可塑性(STDP)及經典的條件反射功能，可以完成模擬神經突觸的學習和記憶功能；且能實現低能耗，這為無機-有機雜化材料應用于人工神經網絡奠定了較好基礎。

PEDOT:PSS作為一種典型的P型半導體材料，其具備豐富的電學性能，在電子和半導體行業有著廣泛的應用，如有機場效應晶體管，有機太陽能電池等。由于PSS分子是絕緣的，PEDOT:PSS材料的導電性變化主要源于PEDOT分子。PEDOT在不同偏置電壓下產生氧化態與還原態的相互轉變導致其高低阻態的變化，因此人們對該材料的阻變特性進行了廣泛研究，如單層器件結構Al/PEDOT:PSS/Cu實現高低阻態的轉變（ACS Appl. Mater.Interfaces 2012, 4, 447-453）、將PEDOT:PSS材料與CsPbBr₃材料結合制備憶阻器實現阻變性能（Adv. Electron. Mater. 2018, 1700596）。但目前對該材料的阻值漸變特性的研究較少，雖然已經有關于PEDOT:PSS漸變式特性的實施方法（Materials in Electronics,2019, 30, 4607-4617），但其功耗水平仍相對較高。

因此，開發適用于低能耗柔性憶阻器件的新材料體系和架構以及制備工藝，顯得尤為重要。

發明內容

本發明針對現有技術中所存在的問題，提供一種兼具功耗與性能優勢的憶阻器及其制備方法，通過基于PEDOT:PSS的界面類突觸仿生憶阻器以實現多級開關特性，可用于突觸塑性功能模擬。

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案如下：

一種導電聚合物基仿生憶阻器，包括四層結構，從下至上依次為底電極、有機功能層、阻變層和頂電極金屬Al，所述有機功能層為經過低溫退火的PEDOT:PSS有機功能層，作為離子收集層；所述阻變層為無機阻變層或有機阻變層中的一種，作為離子富集層。

優選地，所述無機阻變層材料為非化學計量比氧化鋁AlO_x。