[发明专利]一种全碳基神经突触仿生器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于人工神经技术领域，具体涉及一种全碳基神经突触仿生器件及其制造方法。

背景技术

随着半导体器件特征尺寸的进一步等比例缩小，传统的闪存技术将达到尺寸的极限。为进一步提高器件的性能，技术人员开始对新结构、新材料、新工艺进行积极的探索。近年来，各种新型的非挥发性存储器得到了迅速的发展。其中，阻变存储器（RRAM）凭借其结构简单、微缩能力强、高密度、数据保持时间长、可三维集成以及与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容性好等优势，受到业界越来越多的关注，被认为是极有可能替代静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、闪存（Flash）、硬盘驱动器（HDD），而成为下一代“通用”存储器的强有力候选者之一。

在生物大脑中，神经突触是两个神经元之间相互连接的部分。大量神经元通过突触进行相互连接而形成神经回路，来实现大脑的学习与记忆。因此对突触的模拟是实现人工智能的重要步骤。在以往的研究中，模拟一个神经突触就需要多个晶体管和电容，而人的大脑中神经突触的数量多达10¹⁴个，不仅功耗巨大，而且严重影响集成密度。忆阻器的电导能够随流经电荷量而发生连续变化并且其变化能够在断电之后保持，这一特性与神经突触的非线性传输特性非常相似。利用忆阻器作为神经形态电路中的神经突触有很大的应用前景。RRAM的二端口结构以及特有的阻变特性可用于模拟神经突触的非线性传输，实现人工神经领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够控制器件尺寸、提高集成密度、实现神经突触的学习与记忆功能的全碳基神经突触仿生器件及其制备方法。

本发明一方面提供一种全碳基神经突触仿生器件，包括衬底、位于衬底之上的石墨烯底电极、位于底电极之上的石墨烯阻变功能层、以及位于阻变功能层之上的石墨烯顶电极。

本发明中，所述衬底可以为本领域常用衬底。

作为优选，衬底为柔性衬底。更为优选的，衬底由聚乙烯对苯二酸脂（PET）、聚酰亚胺、硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇脂、硅树脂等有机聚合物材料、金属陶瓷等材料形成。

作为优选，底电极和顶电极是相互交叉配置的石墨烯带。

作为优选，石墨烯带宽度为1～10微米。

本发明的另一方面，提供一种全碳基神经突触仿生器件的制备方法，具体步骤为：在衬底上形成石墨烯底电极；在底电极上形成石墨烯阻变功能层；以及在石墨烯阻变功能层上形成石墨烯顶电极。

本发明中，所述衬底可以为本领域常用衬底。优选为，衬底为柔性衬底。更为优选为，衬底由聚乙烯对苯二酸脂（PET）、聚酰亚胺、硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇脂、硅树脂等有机聚合物材料或者金属陶瓷等材料形成。

作为优选，在衬底上形成石墨烯带作为底电极，之后在阻变功能层上以与底电极相互交叉的方式形成石墨烯带作为顶电极。

作为优选，石墨烯带宽度为1～10微米。

作为优选，采用旋涂方法形成所述氧化石墨烯阻变功能层。

发明效果

本发明采用石墨烯作为器件的两个电极，以氧化石墨烯作为阻变功能层，巧妙地制备出全碳基的神经突触仿生器件，可以很好的实现对神经突触的学习与记忆功能的模拟。同时，该方法简单、有效、节约原材料成本，可以显著的提高集成密度。另外，神经突触仿生器件的尺寸由上、下两层石墨烯带的宽度所决定，因此通过调节石墨烯带的宽度可以实现对器件尺寸的精确控制。

附图说明

图1是全碳基神经突触仿生器件的俯视图。

图2是全碳基神经突触仿生器件沿A-A＇方向的剖面图。

图3是全碳基神经突触仿生器件沿B-B＇方向的剖面图。

图4是形成全碳基神经突触仿生器件的流程图。

图5是转移/制备石墨烯的流程图。

图6是形成石墨烯带的流程图。

具体实施方式