[发明专利]一种基于Bi2

权利要求书

1.一种多模态感存算一体系统，包括多个集成在一起的基于Bi₂O₂Se的场效应晶体管，所述基于Bi₂O₂Se的场效应晶体管以二维半导体材料Bi₂O₂Se作为有效层沟道，具有多模态传感特性、多模态突触可塑性和非线性抑制神经元特性；将所述基于Bi₂O₂Se的场效应晶体管分别作为传感器、突触器件和神经元器件使用，构建多模态感存算一体系统。

2.如权利要求1所述的多模态感存算一体系统，其特征在于，在多模态感存算一体系统中，外界信号通过传感器以电流形式I传输到突触器件构成的矩阵网络，矩阵网络提供权重值R，然后进行矩阵乘法运算，输出V＝I×R，最后进入神经元器件，经过非线性变换输出结果。

3.如权利要求1所述的多模态感存算一体系统，其特征在于，所述传感器包括光传感器和热传感器，所述突触器件包括光突触器件和热突触器件。

4.如权利要求1所述的多模态感存算一体系统，其特征在于，所述基于Bi₂O₂Se的场效应晶体管为背栅场效应晶体管，包括衬底和位于衬底上的沟道，沟道两端分别为源极和漏极，其中，所述衬底为硅/高k衬底，所述沟道为Bi₂O₂Se纳米片。

5.如权利要求4所述的多模态感存算一体系统，其特征在于，所述硅/高k衬底是由硅衬底及其上的高k介质层组成的复合衬底，选自硅/氧化铝复合衬底和硅/氧化铪复合衬底；所述Bi₂O₂Se纳米片的厚度为10～20nm。

6.一种多模态感存算一体系统的实现方法，以二维半导体材料Bi₂O₂Se作为有效层沟道制备场效应晶体管，并基于该场效应晶体管的多模态传感特性、多模态突触可塑性和非线性抑制神经元特性，分别作为传感器、突触器件和神经元器件使用，将多个所述场效应晶体管集成在一起，构建多模态感存算一体系统。

7.如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，外界信号通过传感器以电流形式I传输到突触器件构成的矩阵网络，矩阵网络提供权重值R，然后进行矩阵乘法运算，输出V＝I×R，最后进入神经元器件，经过非线性变换输出结果。

8.如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，所述传感器包括光传感器和热传感器，所述突触器件包括光突触器件和热突触器件。

9.如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，所述场效应晶体管为背栅场效应晶体管，包括衬底和位于衬底上的沟道，沟道两端分别为源极和漏极，其中，所述衬底为硅/高k衬底，所述沟道为Bi₂O₂Se纳米片。

10.如权利要求8所述的实现方法，其特征在于，对于单个背栅场效应晶体管，根据下述方法实现相应特性：

1)温度传感特性：固定漏端电压Vd，提取关态区的沟道电阻随温度的变化，实现温度传感；

2)光传感特性：固定漏端电压Vd，在器件能够响应的波长范围内，固定光波长和栅极电压Vg，不同光功率密度下器件的输出特性曲线不同，具有光响应性，从而实现光传感；

3)光突触特性：固定漏端电压Vd，固定光波长和光功率密度，固定栅极电压Vg，采用脉冲光进行连续刺激，器件沟道电流长时间衰减不到初始水平，呈现长时程突触可塑性；施加连续的2个脉冲光刺激，第二个脉冲对沟道电流的影响高于第一个脉冲，呈现双脉冲易化特性；

4)热突触特性：固定漏端电压Vd和栅极电压Vg，对器件施加升温脉冲，沟道电流的回复缓慢；施加降温脉冲，每一个脉冲都相较前一个脉冲的沟道电流增加，呈现出热突触特性；

5)抑制神经元特性：固定栅极电压Vg，设置相同频率的漏端电压Vd脉冲信号，不同幅值的脉冲对应不同的电流脉冲发放次数，多次测试的统计性结果呈现出明显的“sigmoid”函数形式，呈现抑制神经元特性。