[发明专利]一种基于P3HT超薄膜的三端人造突触器件

说明书

本发明提供了一种基于P3HT超薄膜的三端人造突触器件。通过设计类场效应管结构的P3HT超薄膜人造突触电子器件来实现神经信号在突触间传递的模拟。通过对所述P3HT超薄膜突触电子器件进行电学表征，证明所述的突触器件可以实现对于生物突触功能的基本模拟，包括兴奋性突触后电流(EPSC),双脉冲易化(PPF),短程可塑性向长程转变(STP to LTP)，突触增强与抑制(Potentiation and Depression),自稳可塑性(Homeostatic Plasticity)等。得出半导体超薄膜微结构与神经仿生电子器件性能关系的规律性结论，为突触器件长短程可塑性的调节提供理论指导。

技术领域

本发明涉及电子器件领域，特别是基于P3HT超薄膜的三端人造突触电子器件。

背景技术

人脑模式的计算体系将成为未来信息技术发展的一个重要方向，将有可能超越以往的二进制计算体系所使用的冯-诺伊曼型存储器。而构建这个体系需要数以百万亿计的神经仿生电子器件来形成类神经网络。因此，模拟数量如此庞大的神经突触成为构建人造神经网络的至关重要的一步，是神经形态学技术发展和实现人造大脑的重要基础。

在中枢神经中，突触是将神经元连接成网络，并负责信号的传递。哺乳动物的神经突触多为化学突触，是两个神经元之间形成的单向通信机制。神经信息的流向是从突触前细胞到突触后细胞。突触通常形成在突触前细胞的轴突和突触后细胞的细胞体或树突之间。在常见的突触中，从突触后细胞的细胞膜上伸出一个称为突棘的突起物，与突触前细胞的轴突相对，形成一个宽约20nm的空隙，成为突触间隙。突触是大脑学习和记忆的最基本和最重要的组成部分之一，其具有可塑性。一次性较弱的刺激使突触连接实现几妙到几分钟的突触强度的暂时加强，即短期可塑性(short-term plasticity,STP)或短期记忆现象的出现，通过重复或较强刺激增强突触连接则可实现神经突触长期变化或能够永久保持的可塑性(long-term plasticity,LTP)或长期记忆现象的实现。这些重要神经突触功能是人脑记忆，认知，计算，学习等基础。

虽然早在1958年挑战冯-诺曼的神经形态学计算概念已经被提出，然而模拟一个神经突触功能经常需要多于10个晶体管，因此只适用于比较简单的系统。直到2010年前后相应的神经突触仿生电子器件的研究才真正开始。主要以研究无机材料在这方面的应用为主。多种基于薄膜晶体管，碳纳米管(CNT)晶体管，存储器件，忆阻器等基本结构的与神经突触功能具有一些相似特性的电子器件逐渐被报道。

最近,具有晶体管结构的神经突触仿生电子器件表现出与神经突触类似的功能和行为。晶体管结构的神经突触仿生电子器件可以同时接收多个栅极发出的信号并进行加成处理，可以真正模拟一个神经元从其他多个相连接的神经元接收信号并进行传导的功能，而且可以实现超低的能耗，具有非常光明的前景。

本研究将对基于高分子半导体二维材料/离子胶复合体的人造神经突触仿生电子器件进行高分子薄膜微结构与神经仿生电子器件性能关系的系统性研究。得到具有科学指导意义的具有规律性的结论，其对本领域器件材料选择与设计方面具有重要的指导意义。

发明内容

本发明的上述目的是通过基于P3HT超薄膜的三端神经仿生电子器件的制备来实现的。

本发明的技术方案如下:

一种基于P3HT超薄膜的三端人造突触器件，所述人造突触器件由栅极，离子胶，半导体层和源极/漏极组成。

所述电脉冲信号通过栅极作用到离子胶层，模拟前神经元产生的神经冲动以动作电位的形式传出并通过轴突的分枝到达突触前膜的过程。在突触前穗的作用下，离子发生迁移，在离子胶/P3HT超薄膜的结合体中，负电压的电脉冲导致部分阴离子迅速聚集于P3HT超薄膜周围，使超薄膜中电流强度产生变化。

所述载流子传输沟道为P3HT超薄膜，源极和漏电极为金，模拟突触后膜。外界脉冲刺激使沟道电导发生变化，电导的变化相当于突触权重的改变；