[发明专利]基于非晶硅薄膜的光突触器件及制备方法和工作方法

权利要求书

1.一种基于非晶硅薄膜的光突触器件，其特征在于：该器件以不同能量的光信号作为激励源，以不同能量的光信号模拟突触前端的动作电位，以器件的光电流响应模拟突触后电流，实现具有颜色识别能力的仿生突触功能，该器件利用光在非晶硅薄膜诱导形成硅悬挂键缺陷能级，缺陷能级捕获光生载流子，引起光电流衰退，由于不同能量的光在非晶硅薄膜中诱导出的硅悬挂键缺陷能级不同，因此产生光电流衰退差异，从而能够实现具有颜色识别能力的仿生突触功能；

所述器件从上至下具有透明顶电极-非晶硅功能层-底电极的垂直三明治结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于非晶硅薄膜的光突触器件，其特征在于：所述透明顶电极为透明导电薄膜，选自ITO，或IFO，或IZO薄膜，并且/或者所述底电极选自Au，或Al，或重掺p型Si。

3.根据权利要求1所述的一种基于非晶硅薄膜的光突触器件，其特征在于：所述透明顶电极为ITO薄膜；所述底电极为电阻率＜0.005Ω.cm的p型Si片。

4.根据权利要求1所述的一种基于非晶硅薄膜的光突触器件，其特征在于：所述的非晶硅功能层采用物理气相沉积方法获得，厚度为50nm～300nm。

5.根据权利要求1所述的一种基于非晶硅薄膜的光突触器件，其特征在于：光突触激励源为hυ～1.6eV的不同能量的光信号，由于激励光信号能量的不同，在非晶硅薄膜中诱导出的缺陷能级不同，最终导致突触后电流的响应也不同。

6.根据权利要求1所述的一种基于非晶硅薄膜的光突触器件，其特征在于：透明顶电极划分为水平相邻的光激励信号输入区和突触后电流检测区，光激励信号输入区的面积不小于电极总面积的90％。

7.根据权利要求1所述的一种基于非晶硅薄膜的光突触器件，其特征在于：该透明顶电极为采用物理气相沉积方法获得的薄膜，厚度为50nm～100nm，表面粗糙度Ra≤5nm。

8.权利要求1至7任意一项所述基于非晶硅薄膜的光突触器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)：准备电阻率＜0.005Ω.cm^-1的重掺杂p型Si片，进行清洗和干燥处理；准备电极所需要的掩膜图形；

(2)：将p型Si片划分为电极区和功能区，采用预先准备好的掩膜图形，利用光刻工艺在p型Si片电极区进行保护，在功能区预留窗口；采用Si靶磁控溅射法在功能区沉积厚度为200nm的非晶硅薄膜作为突触的功能层；

(3)：采用预先准备好的掩膜图形，结合光刻工艺在非晶硅功能层正上方形成光刻胶保护层，并留出直径为100μm的圆形电极窗口，采用ITO靶磁控溅射法在非晶硅功能层正上方沉积厚度ITO薄膜；

(4)：在步骤(3)的基础上，采用剥离工艺，剥离作为保护层的光刻胶，获得底电极引出区和圆形ITO透明顶电极。

9.权利要求1至7任意一项所述基于非晶硅薄膜的光突触器件的工作方法，其特征在于：当光激励信号作用在光突触器件上时，光信号与非晶硅薄膜层相互作用并激发光生载流子，所激发的光生载流子被非晶硅薄膜中悬挂键为代表的缺陷能级捕获；当光激励信号从器件上移除时，非晶硅功能薄膜层中缺陷能级缓慢释放出所捕获的光生载流子，从而产生光电流衰退效应，光电流衰退的程度随着激励光频率、强度以及激励时间发生变化，因此，当光脉冲信号作为突触的动作激励源，而衰退的电流为突触后电流时，光突触实现突触功能，随着激励光能量即颜色的变化，在非晶硅薄膜中引入的缺陷能级也会随之变化，导致完全不同的光电流响应曲线以及持续光电导现象，实现不同颜色即能量的识别。