[发明专利]基于金属阳离子修饰黑磷的突触器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于金属阳离子修饰黑磷的突触器件，包括作为突触前端的背栅电极、依次设置在背栅电极上的隔离层和功能层、以及间隔设置在功能层上的作为基准电极的第一电极和作为突触后端的第二电极，第一电极和第二电极之间形成的沟道结构暴露出部分功能层，功能层的材料包括金属阳离子修饰的黑磷薄片。本发明提供的金属阳离子修饰的黑磷突触器件，环境稳定性好、同时具有优异的突触性能，为类脑计算提供了极具实用价值的重要元器件支撑。本发明还提供了一种基于金属阳离子修饰黑磷的突触器件的制备方法，方法简单易操作。

技术领域

本发明涉及人工神经网络领域，具体涉及一种基于金属阳离子修饰黑磷的突触器件及其制备方法。

背景技术

随着数据信息的迅速膨胀，现代基于冯·诺依曼架构的计算机正面临着越来越严峻的挑战，主要表现在处理速度慢和功耗高等方面。作为人类信息处理中心的人脑具有超快速度、超低功耗、超高容错性和可自主学习、无需编程等传统计算机无可比拟的巨大优势。因此，特别是随着深度学习算法的出现，像人脑一样能够对信息进行学习、记忆和灵活处理的类脑计算机是未来计算机发展的方向和目标。突触是人脑神经网络的重要组成部分，是大脑记忆和学习的神经分子基础。因此，对突触进行人工模拟是实现类脑计算机的极其重要而有效的途径。

用电学器件模拟神经突触相关性能的理论较多，但实际器件很少，且相关性能有待进一步提高。因此，进一步开发具有高性能、高稳定性的人工突触器件对类脑计算机的发展具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于金属阳离子修饰黑磷的突触器件及其制备方法，所述金属阳离子修饰黑磷的突触器件环境稳定性良好、同时突触性能优异。

本发明第一方面提供了金属阳离子修饰黑磷的突触器件，包括作为突触前端的背栅电极、依次设置在所述背栅电极上的隔离层和功能层、以及间隔设置在所述功能层上的作为基准电极的第一电极和作为突触后端的第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间形成的沟道结构暴露出部分所述功能层，所述功能层的材料包括金属阳离子修饰的黑磷薄片。

其中，所述功能层的厚度为5-30nm。

其中，所述金属阳离子包括银离子、铁离子、金离子、镁离子、汞离子和锌离子中的至少一种。

其中，所述金属阳离子通过阳离子-π键作用吸附在所述黑磷薄片的表面。

其中，所述第一电极和所述第二电极之间暴露出的所述功能层沿第一方向的长度为1-10μm，沿第二方向的长度为1-15μm。

其中，所述背栅电极的材质为硅，所述背栅电极的厚度为300-500μm，电阻率为1-10Ω·cm；所述隔离层的材质为二氧化硅，所述隔离层的厚度为200-500nm。

其中，所述第一电极和第二电极的材质为金、钛、铝、铬、钨和镍中的至少一种。

其中，所述第一电极和所述第二电极均为由铬层和金层层叠形成的复合电极，其中，所述铬层与所述功能层接触，所述铬层的厚度为5-10nm，所述金层的厚度为20-80nm。

本发明提供的金属阳离子修饰黑磷的突触器件，环境稳定性良好、同时具有优异的突触性能。

本发明第二方面提供了一种基于金属阳离子修饰黑磷的突触器件的制备方法，包括：

提供背栅电极和设置在所述背栅电极上的隔离层；

将黑磷薄片转移到所述隔离层上；

在所述黑磷薄片上方以及未被所述黑磷薄片覆盖的隔离层上方旋涂光刻胶，经曝光和显影后，形成电极图案；

沉积电极材料，随后剥离光刻胶，形成第一电极和第二电极，得到突触器件；