[发明专利]一种突触晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及晶体管技术领域，提供了一种突触晶体管及其制备方法。本发明提供的突触晶体管包括从下到上依次设置的基板、栅电极、绝缘层和有源层；所述有源层上设置有源电极和漏电极；所述绝缘层的材料包括固态电解质和纳米纤维。本发明通过在突触晶体管的绝缘层材料中添加纳米纤维，提升了突触晶体管的质子迁移率，进而提升了突触晶体管的突触特性。本发明中的纳米纤维具有独特的载流子传输特性，可以为质子的迁移提供通道，将其与固态电解质用于制备突触晶体管的绝缘层，有利于提高晶体管的突触特性。实施例的结果显示，本发明提供的突触晶体管的质子迁移率有了极大地提升，并且具有优异的低通、高通滤波性能，突触特性明显。

技术领域

本发明涉及晶体管技术领域，尤其涉及一种突触晶体管及其制备方法。

背景技术

传统的基于冯洛伊曼体系的数字计算机最大的特点就是存储单元和计算单元是相互独立的，这种计算架构模式在处理数据量庞大、逻辑结构不清晰的问题时就显示出其短板。信息时代的到来，带来了一系列数据量庞大、结构复杂的问题需要处理，传统架构的计算机发展已经遇到瓶颈，寻找全新的计算机架构体系迫在眉睫。受到人大脑的启发，科学家开始研究构建与生物大脑类似的类脑计算机体系，以取代传统的计算机架构体系。近年来，各种各样的电子器件被发掘以实现突触仿生功能，包括导电桥、忆阻器或者铁电机制的双端突触器件，这些双端突触器件显示出结构简单、兼容度高的优点，但是其突触学习功能却非常有限。与两端器件相比，三端器件可以同时处理多端输入的脉冲信号，而且有着良好的记忆特性和学习功能。其中，基于双电层效应的双电层薄膜晶体管是研究的重点和热点。

双电层薄膜晶体管的主要特点是使用电解质作为栅绝缘层材料。电解质材料是电子和空穴的绝缘体，但却是良好的离子导体，在栅极电压的影响下，双电层薄膜晶体管的电解质层中的自由离子会根据自身的极性向电解质层的两端迁移，并在半导体沟道与电解质或是电解质与栅电极的界面形成紧密的双电层。这种有着双电层特性的栅绝缘层电解质材料是双电层薄膜晶体管能够模拟突触行为最重要的原因。目前用于双电层晶体管的栅绝缘层材料通常是聚电解质，离子液体，离子凝胶或固态电解质，其中固态电解质又是研究的重点。但是，现有的固态电解质材料质子迁移率不足，制成的突触晶体管的突触特性还有着极大的提升空间。因此，如何提升固态电解质的质子迁移率，进而提升突触晶体管的突触特性是制备高突触特性的突触晶体管亟需解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种突触晶体管及其制备方法，本发明通过在突触晶体管的绝缘层材料中添加纳米纤维，提升了突触晶体管的质子迁移率，进而提升了突触晶体管的突触特性，制得的突触晶体管具有优异的低通、高通滤波性能，突触特性明显。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种突触晶体管，包括从下到上依次设置的基板、栅电极、绝缘层和有源层；所述有源层上设置有源电极和漏电极，其特征在于，所述绝缘层的材料包括固态电解质和纳米纤维。

优选地，所述纳米纤维的原料包括聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯和石榴石型固态电解质中的一种或几种。

优选地，所述纳米纤维的制备方法为静电纺丝，所述静电纺丝的工艺参数为：针头到收集装置的距离为15～17cm，湿度为30～40％，温度为20～30℃，纺丝液流速为0.5～1.0mL/s，电压为13～17kV。

优选地，所述固态电解质包括聚乙烯吡咯烷酮、环氧乙烷、壳聚糖、小麦淀粉、鱼胶原蛋白、明胶和木质纤维素中的一种或几种。

优选地，所述绝缘层的厚度为10～200nm。

优选地，所述基板的材料包括硅片、二氧化硅、氮化硅、玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯或聚酰亚胺。

优选地，所述栅电极的材料包括Cu、Al、Au、Ag、Mo、W、Ni、Fe、Zn和Pt中的一种或者任意几种的复合金属；所述栅电极的厚度为10～300nm。