[发明专利]一种多功能突触仿生器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能突触仿生器件及其制备方法，从下至上依次包括栅极、硅衬底层及二氧化硅薄膜层，二氧化硅薄膜层的上表面分别设有第一中间电极及第二中间电极，该两电极通过二氧化钛纳米线相连接，第一中间电极及第二中间电极的上表面分别设有源极及漏极，该源极及漏极将第一中间电极及第二中间电极上的二氧化钛纳米线覆盖；制备时依次设置各层即可。本发明的突触仿生器件通过采用单根二氧化钛纳米线作为阻变单元，结构简单，功耗低，易于集成，且二氧化钛纳米线与电极可靠接触，器件性能稳定，能够模拟多种突触功能；同时，其制备方法简单，可操作性强。

技术领域

本发明属于人工神经技术领域，尤其涉及一种多功能突触仿生器件及其制备方法。

背景技术

突触是神经元之间在功能上发生联系的部位，也是信息传递的关键部位，中枢神经系统中任何反射活动，都需经过突触传递才能完成。突触仿生是开发类人电脑的关键，通过模拟神经突触处理和学习信息的方式，有望使现有计算机系统摆脱经典理论的限制，具有处理更加复杂逻辑问题的能力。传统突触仿生器件需要多种电路元件的参与，电路复杂功耗大，并且影响器件的集成度。忆阻器件能够根据所流经电荷的变化改变自身阻态，这种在外界刺激信号下的阻态变化与人脑突触在生物电信号刺激下的塑性响应极其类似，是已知的功能最接近神经突触的器件。目前，利用忆阻器件进行突触仿生大都集中于对单一突触功能的模拟，专利“一种生物神经突触仿生电子器件及其制备方法”(申请号：201510255588.X，公布号：CN104934534A)模拟了突触对电脉冲时间关联可塑性的学习规则。然而，人脑神经突触不但具有学习、记忆功能，还具有高速信息处理和低能耗驱动等多种能力，因此，设计和开发多功能突触仿生器件对人工智能计算机的发展意义重大。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种结构简单且功能多样化的突触仿生器件；

本发明的第二目的是提供该突触仿生器件的制备方法。

技术方案：本发明的多功能突触仿生器件，其从下至上依次包括栅极、硅衬底层及二氧化硅薄膜层，所述二氧化硅薄膜层的上表面分别设有第一中间电极及第二中间电极，第一中间电极及第二中间电极通过二氧化钛纳米线相连接，第一中间电极及第二中间电极的上表面分别设有源极及漏极，该源极及漏极将第一中间电极及第二中间电极上的二氧化钛纳米线覆盖。

本发明通过在二氧化硅薄膜层上分别设置第一中间电极及第二中间电极，并采用二氧化钛纳米线将两者相连接，利用氧空位在二氧化钛纳米线中的迁移运动产生阻变特性，进而能够模拟突触行为，且制备的突触仿生器件结构简单、集成度高、功耗小。

进一步说，第一中间电极及第二中间电极分别设于二氧化硅薄膜层的两侧，间距1-3μm。二氧化钛纳米线的长度为1.5-4μm。

再进一步说，硅衬底层的电阻率为0.001-10Ωcm，厚度为200-500μm。二氧化硅薄膜层的厚度为30-100nm。第一中间电极或第二中间电极为铜、铂或金，厚度为50-80nm。源极、漏极或栅极为铜、铂、金或铝，厚度为50-200nm。栅极、源极及漏极上分别延伸设有与电源相连通的引线端口。

本发明制备上述多功能突触仿生器件的方法，包括如下步骤：分别在硅衬底层上设置二氧化硅薄膜层及栅极，随后在二氧化硅薄膜层上设置第一中间电极及第二中间电极，将二氧化钛纳米线搭接于第一中间电极及第二中间电极上，再分别覆盖源极和漏极，并采用高频超声波将二氧化钛纳米线一端固定设于源极和第一中间电极间、另一端固定设于漏极和第二中间电极间。

更进一步说，制备时采用的高频超声波的频率为60-150kHz，能量为1-10J。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该突触仿生器件通过采用单根二氧化钛纳米线作为阻变单元，结构简单，功耗低，易于集成，且二氧化钛纳米线与电极可靠接触，器件性能稳定，能够模拟多种突触功能；同时，其制备方法简单，可操作性强。

附图说明