[發(fā)明專利]一種門控離子通道仿神經(jīng)突觸憶阻器及其門控調(diào)節(jié)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211242393.8
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115623859A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫華軍;岳君林;鄒嵐清;繆向水
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學;湖北江城實驗室
• 主分類號: H10N70/00
• 分類號: H10N70/00;B82Y30/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

1.一種門控離子通道仿神經(jīng)突觸憶阻器，其特征在于，該憶阻器的器件單元自上而下包括上電極、阻變功能層和下電極，其中，所述阻變功能層是基于金屬氧化物憶阻材料，該阻變功能層中的氧空位濃度呈梯度變化，沿由所述下電極指向所述上電極的方向該阻變功能層中的氧空位濃度呈先減少、再增多的變化趨勢，氧空位濃度的最小值出現(xiàn)在所述阻變功能層的中部區(qū)域；并且，在所述阻變功能層靠近所述下電極的邊緣處，還存在金屬納米顆粒。

2.如權(quán)利要求1所述門控離子通道仿神經(jīng)突觸憶阻器，其特征在于，所述阻變功能層由至少3層子功能層構(gòu)成，每層子功能層中的氧空位濃度保持固定，每層子功能層的厚度為1～20nm；

優(yōu)選的，所述阻變功能層的總厚度為3nm～500nm。

3.如權(quán)利要求1所述門控離子通道仿神經(jīng)突觸憶阻器，其特征在于，所述金屬氧化物憶阻材料選自HfO_a、TiO_b、AlO_c、TaO_d、NiO_e、ZrO_f中的一種或多種，其中，0a≤2，0b≤2，0c≤1.5，0d≤2.5，0e≤1，0f≤2。

4.如權(quán)利要求1所述門控離子通道仿神經(jīng)突觸憶阻器，其特征在于，所述金屬納米顆粒的材料優(yōu)選為Pt、W、TiN、TaN、Hf、Ta、Al或Au中任意一種；

并且，所述金屬納米顆粒的粒徑為0.5～10nm。

5.如權(quán)利要求1所述門控離子通道仿神經(jīng)突觸憶阻器，其特征在于，所述上電極和下電極所采用的材料獨立的選自Pt、Ti、W、TiN、TaN、TiW、Hf、Ta、Al、Au中任意一種。

6.如權(quán)利要求1-5任意一項所述門控離子通道仿神經(jīng)突觸憶阻器在仿神經(jīng)突觸中的應用，其特征在于，阻變功能層的氧空位濃度最小位置是作為突觸間隙；并且，以阻變功能層的氧空位濃度最小位置為界，靠近上電極的阻變功能層部分是作為突觸前膜，靠近下電極的阻變功能層部分是作為突觸后膜，金屬納米顆粒是作為突觸后膜上的受體蛋白，能夠?qū)崿F(xiàn)對神經(jīng)突觸的全模擬；

阻變功能層的氧空位濃度最小位置是門控層，其氧空位濃度更優(yōu)選為不超過10％。

7.如權(quán)利要求6所述應用，其特征在于，所述門控離子通道仿神經(jīng)突觸憶阻器具有三種狀態(tài)，分別為全連接、弱連接和關(guān)斷，它們分別對應門控層中氧空位導電通路的三種狀態(tài)，具體的：全連接對應于器件門控層中存在多條導電細絲，且導電細絲形狀粗壯，對應的器件單元阻值為100Ω～5KΩ；弱連接對應于門控層中存在殘存但不完整的導電細絲，對應的器件單元阻值為180KΩ～230KΩ；關(guān)斷對應于門控層中不存在導電細絲，對應的器件單元阻值為1MΩ～10MΩ；

全連接、弱連接和關(guān)斷這三種狀態(tài)所對應的門控層內(nèi)導電細絲的不同狀態(tài)即對應不同的氧空位導電通道的打開程度，它們能夠?qū)谏锿挥|的連接強度，從而模擬生物體內(nèi)神經(jīng)突觸對Ca²⁺通道打開程度的控制，模擬對突觸連接強度的控制。