[发明专利]一种低功耗柔性透明电子突触器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，特别是涉及一种低功耗的柔性透明电子突触器件及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展，信息处理量与日俱增，基于冯·诺伊曼构架的二进制计算系统在决策、模式识别、分析等模拟计算领域显得力不从心。人类大脑是非常高效且低功耗的计算系统，它通过内在突触的权重调节，调整神经元之间的连接强弱，从而在三维空间构建基于神经元的拓扑网络。这样的系统将信息处理和存储都分散放置在神经元中，因此运行效率比冯·诺伊曼体系高得多。如果我们能够制作出电阻可连续调节的器件来模拟生物突触的权重变化，那么在非生物系统中也能实现类似大脑的计算效果，我们称之为类脑计算。

在电子技术不断发展的今天，柔性透明电子技术是发展可穿戴电子、建筑一体化、智能家居等技术的重要补充。制作柔性透明的电子突触可以很好地服务于这些领域。将透明介质放置在两个透明电极之间，并控制两电极间的电阻连续可调就可能具备生物突触权重变化的效果。不少研究都报道了电子突触的可能性，但是其工作电流通常不小（大于100uA）功耗也较大。这很难与人脑运行的超低功耗相比拟，特别在高密度集成的情况下会导致系统能耗的急剧攀升，不利于实际使用。因此，低功耗的柔性透明的电子突触是很有意义的。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种低功耗柔性透明电子突触器件及其制备方法，具有功耗低、性能稳定的优点。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种低功耗柔性透明电子突触器件，包括衬底、设置于衬底上的底部电极、设置于底部电极上的介质层以及设置于介质层上的顶部电极，所述介质层与底部电极和顶部电极均电接触。

进一步的，所述衬底为柔性透明材质，所述顶部电极和底部电极的材质为透明导电半导体，所述介质层为双层透明氧化物。

进一步的，所述透明材质为聚合物薄膜PET、PES或PI；所述透明导电半导体为ITO、GZO、AZO或FTO；所述双层透明氧化物为HfO₂和ZnO组成。

进一步的，所述顶部电极接电源，所述底部电极接地。

本发明还提供一种如上述所述的低功耗柔性透明电子突触器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：在衬底上通过溅射、蒸发或ALD的方法制作底部电极；

步骤S2：在底部电极上通过溅射、蒸发或ALD的方法制作介质层，介质层与所述底部电极形成良好电接触；

步骤S3：在所述介质层上通过溅射、蒸发或ALD的方法制作顶部电极，顶部电极与所述介质层形成良好电接触。

进一步的，在步骤S2中，所述介质层采用HfO₂、ZnO双层薄膜制备，所述底部电极的上侧通过磁控溅射法、蒸发或ALD的方法制备ZnO纳米薄膜，再通过磁控溅射、蒸发或ALD方法在ZnO薄膜上覆盖HfO₂纳米薄膜以形成介质层。

进一步的，通过在顶部电极上施加不同的电压对突触器件的电阻值进行调节，经控制不同的电流获得介质层的不同电阻值，实现电阻值的连续性调节。本发明的电子突触器件具有时间依赖脉冲下的学习功能。即电激励信号到达顶部电极和底部电极的时间差越小，器件产生的电阻值变化越大。当电激励信号同时到达顶部电极和底部电极时，器件电阻值变化几乎为零。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明柔性透明且结构简单，其叠层结构导致的功耗低有利于高密度集成，使得透明电子突触器件三维拓扑网络成为可能。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本发明实施例的柔性透明电子突触器件的结构示意图。

图2为本发明实施例的柔性透明电子突触器件的电压-电流特性曲线。

图3为本发明实施例的柔性透明电子突触器件在直流电压扫描模式下，电阻的连续调节过程。

图4为本发明实施例的柔性透明电子突触器件在单向脉冲模式下，电阻的连续调节过程。

图5为本发明实施例的柔性透明电子突触器件对时间依赖脉冲下的学习功能。

图中：1- 顶部电极；2-介质层；3-底部电极；4-衬底。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施例的一种低功耗柔性透明电子突触器件，包括衬底4、设置于衬底4上的底部电极3、设置于底部电极3上的介质层2以及设置于介质层2上的顶部电极1，所述介质层2与底部电极3和顶部电极1均有良好电接触。