[发明专利]一种可控抑制型人工突触电子器件及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于人工智能技术领域，具体涉及一种可控抑制型人工突触电子器件及其制备方法与应用。

背景技术

随着人类社会进入信息时代，电子信息产业得到了飞速的发展，由基本电子元件构建的高效神经元芯片引起了相当的关注。作为一个新兴的并对神经形态有效计算的途径，通过利用多种简单元器件以仿效生物突触这种跨学科领域的新颖想法已经实现，被认为是神经网络中的基本发生器和信号通道。这些新兴的技术原型具有可调和可存储的导电性状态，可以根据外部突触信号输入条件自适应地生成特定的输出。更重要的是，通过探索模拟各种神经功能，最终可以达到有效的神经形态计算。

在神经科学研究中，神经系统的高效性关键在于大脑皮质神经元间巨大的连接网络，它为大脑提供了高度并行的处理能力。大脑有这样强大的能力关键在于其拥有神经元和突触组成的神经网络。大脑中大约有1012-1014个突触，它们是神经元之间信息交换的渠道，每个神经元与其他神经元之间有1000多个突触连接。突触最突出的特点是具有突触可塑性，突触可塑性是生物学习和记忆的分子基础，在大脑神经信号的传输中起着至关重要的作用。科学家认为如果计算机可以像大脑一样实时处理复杂的信息，并且像大脑一样消耗很少的能量，那么，信息膨胀的问题将得以解决，人类将进入智能信息时代。研究人员发现，人工突触和神经突触有着十分相似的传输特性，单个二极管人工突触便可能模拟一个神经突触的功能，与传统使用的由多个晶体管和电容器相结合的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 来模拟的单个突触相比减少了很多能耗，也降低了集成电路的复杂性。

从目前国内外总体的研究进展来看，人工突触仍面临下列挑战：目前的研究依旧主要集中在神经兴奋方面，对神经抑制的功能所提甚少，大多材料存在性能不稳定等问题，在耐受性和抗饱和性等方面存在不足，实现不了生物突触所具有的兴奋或者抑制功能模拟。

发明内容

解决的技术问题：针对现有的人工突触电子器件存在性能不稳定、耐受性和抗饱和性等方面存在不足、实现不了生物突触所具备的抑制功能模拟等问题，本发明提供一种可控抑制型人工突触电子器件及其制备方法与应用，所述人工突触电子器件属于多种可控抑制机制，适合柔性器件，结构易于设计，工艺简单，性能稳定，具备可以大面积、低成本制作等优点。

技术方案：一种可控抑制型人工突触电子器件，所述人工突触电子器件包括自下而上依次设置的衬底、第一电极、阻变层和第二电极，所述阻变层为氧化石墨烯活性层。

作为优选，所述衬底为表面涂有厚度为300 nm的二氧化硅层的硅片衬底。

作为优选，所述第一电极和第二电极均为金电极，并且第一电极和第二电极的厚度为45~55 nm。

作为优选，所述第一电极和第二电极的厚度为50 nm。

作为优选，所述氧化石墨活性层的厚度为900~1100 nm，方阻为90000~110000 Ω。

作为优选，所述氧化石墨烯活性层的厚度为1000 nm，方阻为100000 Ω。

本发明的另一个技术方案为一种可控抑制型人工突触电子器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一.将氧化石墨烯投入分散剂中制成悬浮液，氧化石墨烯的浓度为20 mg/mL；

步骤二.将步骤一制备的悬浮液置于超声波清洗机内，超声震荡10 min直至所述悬浮液完全分散均匀；

步骤三.将衬底硅晶片依次经过丙酮、乙醇和超纯水分别超声清洗15 min处理后并烘干；

步骤四.将步骤三处理后的衬底放入真空蒸镀系统中，抽真空至腔内压力低于5×10^-5Pa后，在衬底上面开始蒸镀Au电极；

步骤五.镀膜结束后，保持真空状态下待电极冷却至室温，然后将步骤二制备的完全分散均匀的氧化石墨烯溶液旋涂至镀膜后的器件上面，然后放于烘箱中，设置温度为80 ℃，退火30 min；

步骤六.将步骤五退火处理后的器件放入真空蒸镀系统中，抽真空至腔内压力低于5×10^-5 Pa之后，在器件的上面开始蒸镀Au电极；

步骤七.镀膜结束后，保持真空状态下待电极冷却至室温，最终完成制备。

作为优选，所述步骤一中分散剂为甲醇。

作为优选，所述步骤四和步骤六中Au电极真空蒸镀的速度为4~5 Å/s。

本发明还包括所述人工突触电子器件在模拟抑制型生物突触中的应用。