[发明专利]一种无机耐高温突触晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了属于半导体器件技术领域的一种无机耐高温突触晶体管及其制备方法。所述突触晶体管包括衬底、沟道、栅电极、源电极和漏电极，其特征在于，在硅片一侧设置SiOsubgt;2/subgt;层作为衬底，衬底上设置沟道，沟道由单分子层的二维半导体MoSsubgt;2/subgt;构成，源电极和漏电极分别位于沟道的两端，并与沟道形成欧姆接触，整体位于SiOsubgt;2/subgt;层上；硅片另一侧作为栅电极；所述SiOsubgt;2/subgt;层中含有可迁移的碱金属离子。所述突触晶体管采用全无机材料，其工作温度范围为150℃‑350℃，能实现多种长时程和短时程突触可塑性。与现有技术相比，显著提高了突触晶体管的工作温度，对高温人工智能器件的发展具有重要意义。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种无机耐高温突触晶体管及其制备方法。

背景技术

人工神经突触是构建人工神经网络的基本器件单元，可以突破传统计算机架构的冯诺依曼瓶颈，实现存算一体、高度并行的神经形态计算。作为一类重要的人工神经突触，基于离子栅控的三端突触晶体管有着读写分离、高稳定性和可控性的优势。该类器件以栅电极作为突触前膜，栅电极与沟道之间以离子导通、电子绝缘的物质作为突触间隙，连接有两个金属电极的沟道作为突触后膜，沟道电流作为突触后电流，沟道电导为突触权重。当脉冲电压刺激从突触前膜输入后，突触间隙中的离子会靠近或远离沟道材料，从而可以通过离子调控沟道电导来改变突触权重和突触后电流。

人工智能器件需要耐受复杂严酷的工作环境，例如航空航天、深井开采、机动车等应用领域急需能够在125℃以上的高温环境中工作的新型人工智能器件。然而，现有的绝大多数突触晶体管仅能工作在室温附近。这是由于在高温条件下，硅材料、厚度大于6nm的过渡金属硫族化合物等窄带隙半导体材料将面临载流子浓度升高所导致的器件失效问题，常用作突触间隙的金属盐/聚氧化乙烯、金属盐/聚醚酰亚胺、离子液体等有机材料也会面临着热分解、热变形、热失效的难题，因此需要选择合适的材料体系构建能够在125℃以上的高温环境中工作的突触晶体管。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种无机耐高温突触晶体管，包括衬底、沟道、栅电极、源电极和漏电极，在硅片一侧设置SiO₂层作为衬底，衬底上设置沟道，沟道由单分子层的二维半导体MoS₂构成，源电极和漏电极分别位于沟道的两端，并与沟道形成欧姆接触，整体位于SiO₂层上；其特征在于，硅片另一侧作为栅电极；所述SiO₂层中含有可迁移的碱金属离子。

所述碱金属离子为Li⁺,Na⁺或K⁺。

所述突触晶体管的工作温度范围为150℃-350℃。

所述衬底为硅片；所述源电极、漏电极为Au、Ti、Pd、Pt等金属中的一种或几种。

栅电极与沟道、源电极和漏电极组成的电学互联体系保持电子绝缘，构成三端型突触晶体管。

SiO₂层的厚度为90-350nm。

单分子层的二维半导体MoS₂的厚度为0.6nm-1.0nm，源电极和漏电极的厚度为20nm-100nm。

一种无机耐高温突触晶体管的制备方法，包括以下步骤：

a)将一侧具有热氧化SiO₂层的硅片浸泡在碱金属盐溶液中；

b)浸泡结束后，取出硅片用去离子水清洗，随后进行退火处理；

c)将单分子层的二维半导体MoS₂转移至退火后的SiO₂层上，形成沟道；沟道两端分别加工源电极和漏电极与沟道形成电学连接。单分子层的二维半导体MoS₂采用化学气相沉积法或机械剥离制备。