[發明專利]受濕度調節的兩端無鉛鈣鈦礦人工光突觸器件及制備方法

在審

• 申請號: 202211076962.6
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115411190A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 彭暉;勞婕;蔣純莉;羅春花
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48;G06N3/04;G06N3/063
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種受濕度調節的兩端無鉛鈣鈦礦人工光突觸器件及制備方法，其特點下電極上依次旋涂無鉛鈣鈦礦薄膜、有機鐵電聚合物薄膜和沉積有機半導體薄膜為活性功能層，然后在功能層上熱蒸鍍上電極，構成垂直層狀結構自供電濕度調控的兩端人工突觸器件，其制備具體包括：旋涂液的制備、無鉛鈣鈦礦薄膜和有機鐵電聚合物薄膜的旋涂和有機半導體薄膜的蒸鍍及上電極的蒸鍍。本發明與現有技術相比具有自供電、全光調控以及濕度調控在同一器件內同時實現興奮性和抑制性突觸行為等優點，能夠在特定波長的光刺激作用下模擬典型的生物突觸功能，可應用于構建人工神經網絡系統，制備方法簡單易行、成本低，且安全、環保。

技術領域

本發明涉及人工突觸光電器件技術領域，尤其是一種自供電的受濕度調節的兩端無鉛鈣鈦礦人工光突觸器件及制備方法。

背景技術

由于存儲和中央處理器的物理分離，傳統的馮·諾依曼架構的計算機在物聯網時代面臨嚴峻的挑戰。實現物理層面的類腦神經形態計算主要依賴于人工突觸器件，突觸是神經網絡中神經元之間的連接。到目前為止，生物突觸的各種突觸行為已經實現，包括長期可塑性(LTP)、短期可塑性(STP)和成對脈沖促進(PPF)。雖然突觸行為已被廣泛模擬，但大多數神經形態裝置依賴電刺激來控制電導。此外，人類的知覺刺激幾乎完全來自于外部來源（視覺、觸覺、嗅覺、聽覺或痛覺感受器），單靠電刺激是無法模擬的。與電刺激的人工突觸相比，光信號刺激具有高帶寬、低功耗、低串擾等優點，在神經形視覺系統中更具有吸引力。

全無機無鉛雙鈣鈦礦，特別是Cs₂AgBiBr₆，由于其具有環境穩定性、低毒性和溶液成膜方法簡單等優點，已成為光電子器件中有機-無機雜化鈣鈦礦的最有潛力的替代品之一，其具有較好的機械靈活性，更利于應用于需要大面積、低成本或柔性電子器件領域。此外，鐵電材料是一種具有自發極化特性的功能材料，其極化狀態可以由外加電場連續可逆地調節，且具有非易失性。因此，鐵電材料被認為是新一代存儲器的候選材料之一，具有三端結構晶體管器件通常采用鐵電材料作為柵極絕緣體來控制器件的電導變化。

濕度是自然界中最常見的條件，對人體舒適度有影響，這表明濕度可以作為外部刺激用于調節突觸行為。大多數有機半導體如并五苯對濕度敏感，吸附的水分子會影響載流子的產生、分離和重組。因此，濕度作為附加刺激，可以用于結合光脈沖來調節裝置的突觸性能，這為多端控制突觸可塑性并簡化制備工藝提供了一個嶄新思路。

發明內容

本發明目的是提供一種自供電的受濕度調節的兩端無鉛鈣鈦礦人工光突觸器件及制備方法，通過有機鐵電聚合物薄膜和有機并五苯的引入，降低器件能耗和提高多波段的光響應能力。器件能夠以光信號為刺激模擬生物突觸的行為，對不同波長（λ=445 nm/660nm）的光刺激具有雙向響應。這一特性使器件能夠通過光刺激同時模擬興奮性和抑制性突觸行為，如長時程增強（LTP）和長時程抑制（LTD），雙脈沖易化（PPF）和抑制（PPD）等。除光刺激外，濕度作為附加刺激來調節器件在445 nm光照下的突觸性能。通過調節濕度，成功在同一波長（445 nm）刺激下實現興奮性和抑制性突觸行為。器件且具有零功耗、響應快、保持時間長、制備方法簡單，成本低、安全、環保等優點。可應用于人工智能硬件和人工神經網絡硬件方面的應用。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種受濕度調節的兩端無鉛鈣鈦礦人工光突觸器件，其特點是在下電極上分別旋涂一層無鉛鈣鈦礦薄膜、有機鐵電聚合物和熱蒸發一層有機半導體薄膜作為功能層，然后在功能層上熱蒸鍍一層導體作為上電極，形成垂直層狀結構自供電濕度調控的兩端人工突觸器件，應用于人工智能和人工神經網絡的硬件上，所述下電極采用氧化銦錫導電玻璃；所述上電極為金、鋁或鉑制備的金屬電極；所述無鉛鈣鈦礦為銫銀鉍溴或銫銀鉍氯；所述有機鐵電聚合物為聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物，所述有機半導體薄膜為并五苯。

一種受濕度調節的兩端無鉛鈣鈦礦人工光突觸器件的制備方法，具體包括以下步驟：