[发明专利]一种具有光屏蔽效应的神经形态器件及其制备方法

说明书

本发明属于半导体技术领域，公开了一种具有光屏蔽效应的神经形态器件及其制备方法。本发明打破传统神经形态器件的光淬灭方法，引入电解质层，可以大幅提高器件的光稳定性，有利于器件在强光下避免干扰而保持正常的工作状态。适用性强，由于本发明利用了电解质层的激子淬灭作用，所以对于绝大多数有机半导体层产生的光生激子都能起到相同的作用。工艺简单，与现有的神经形态器件制备工艺相匹配。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种具有光屏蔽效应的神经形态器件及其制备方法。

背景技术

传统的芯片采用冯.诺依曼体系结构，在这种体系结构中计算和存储功能是分离的，CPU从存储器读出数据，完成计算，然后将结果写回存储器，存储器数据访问速度跟不上CPU的数据处理速度，导致了存储墙问题越来越严重。为此神经形态芯片应运而生，通过借鉴大脑的信息处理和信息存储方式，使得神经形态芯片具有存算一体，高度并行等特点，所以神经形态芯片在智能计算的算力、能耗与效率等方面极具优势。

神经形态芯片的基本单元是神经形态器件，神经形态器件通过模拟生物突触传输，处理，存储信息的方式可以实现存算一体的功能，目前神经形态器件可分为三端器件和两端器件，三端器件主要有机场效应晶体管，铁电体晶体管，两端器件则有相变存储器，忆阻器等。其中，有机场效应晶体管由于制备工艺简单，器件材料兼容性高，可与柔性器件集成，电学性能优良的优势而成为研究的重点。

有机场效应晶体管存储器由于具有非易失性的特性，在人工神经形态领域的研究中，能够模拟各种突触行为，如EPSC,IPSC,PPF,LTP/LTD等。目前有机场效应晶体管采用电荷捕获的方式实现信息存储的功能，然而，在有机场效应晶体管的应用中，它们都不可避免地暴漏在光环境下，由于有机半导体的光敏特性，晶体管发生的光电响应会降低晶体管的电流开关比或使晶体管的阈值电压发生偏移，这会导致光电干扰甚至器件故障。有机半导体的光生激子过程包括(i)光吸收，(ii)激子扩散，(iii)激子离解以及(iv)自由载流子输运或激子毁灭。为了抑制有机场效应晶体管的光电响应，目前主要采取合成大带隙和低陷阱密度的有机半导体来抑制激子解离过程。但这些方法存在适用性较差和对光的抑制效果一般的问题，因此，研究具有光屏蔽效应的有机场效应晶体管具有重要意义。

有鉴于此，本发明提供了一种具有光屏蔽效应的神经形态器件及其制备方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

在有机场效应晶体管的应用中，它们都不可避免地暴漏在光环境下，由于有机半导体的光敏特性，晶体管发生的光电响应会降低晶体管的电流开关比或使晶体管的阈值电压发生偏移，这会导致光电干扰甚至器件故障。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有光屏蔽效应的神经形态器件及其制备方法。

本发明是这样实现的，一种具有光屏蔽效应的神经形态器件包含栅极、栅绝缘层、空穴捕获层、有机半导体层、源电极、漏电极、电解质层。

进一步，所述电解质层位于有机半导体层的正上方，源漏电极之间，或位于有机半导体层的正下方，空穴捕获层的正上方，或位于栅绝缘层的正上方，空穴捕获层的正下方。

进一步，所述空穴捕获层材料为alq3(8-羟基喹啉铝)，所述电解质材料为壳聚糖。

进一步，所述电解质层具有激子淬灭能力。

进一步，所述有机半导体材料为并五苯(Pentacene)。

进一步，所述电极材料为金属铜，绝缘层材料为SiO₂，厚度为50nm，栅极材料为Si。

进一步，所述除电解质层外，所述器件其余各层制备均采用真空蒸镀法镀膜。

进一步，所述电解质层采用滴涂法制备。