[发明专利]一种基于有机/无机杂化钙钛矿的两端人造突触电子器件的制备方法

说明书

一种基于有机/无机杂化钙钛矿的两端人造突触电子器件的制备方法，属于电子器件领域。制备步骤为：对高掺杂的硅衬底进行预处理，将配置好的钙钛矿溶液旋涂在衬底上，经退火处理得到结晶性良好的钙钛矿薄膜，然后蒸镀金属顶电极，制备得到两端钙钛矿人造突触电子器件。该钙钛矿人造突触以顶电极模拟生物突触前膜，钙钛矿活性层模拟突触间隙，底电极模拟突触后膜，对外界电脉冲信号具有较高的灵敏度(100mV)，且实现了双脉冲易化、尖峰电压依赖可塑性、尖峰持续依赖可塑性和尖峰频率依赖可塑性。本发明不但有效地简化了钙钛矿两端人造突触的基本结构，而且提高了灵敏度，降低了能耗，对神经形态工程学及类人型机器人的发展具有重要意义。

技术领域

本发明属于电子器件领域，特别涉及两端人造突触电子器件。

背景技术

随着人工智能时代的到来，模拟人类大脑结构、功能和计算原理的神经形态学工程(Neuromorphic Engineering)飞速发展。通过模拟人脑的记忆、计算、认知等多种复杂功能，这种人造神经形态学系统可以实现极高的运算速度和效率，并有望突破传统计算机芯片的诸多限制。尽管现代计算机的计算能力随着电子和信息技术的发展不断提高，然而其功能性仍无法媲美真正的人类大脑。人脑占用小于2升的体积，消耗的能量仅相当于一个家用灯泡，却能在诸多功能上远优于规模巨大的超级计算机。因此，模仿人类大脑的结构和功能，并模拟人脑的计算原理，将会是下一代计算机技术发展的一个重要方向。

人脑强大的功能是通过由近千亿个神经元通过上百万亿个神经突触连接而成的神经网络实现的。人脑中基本的神经元由树突、细胞体以及轴突三部分组成，而在庞大的神经网络中，突触通常形成于前神经元轴突和后神经元细胞体或树突之间的一个宽约20-40nm的间隙，其结构参见附图1，是各神经元之间结构和功能上的连接部位，负责的信息存储和传递。突触的连接强度会随着外界的刺激增强或减弱，这种性质被称为突触可塑性(Plasticity)。突触可塑性主要包括短期突触可塑性(Short-term plasticity,STP)与长期突触可塑性(Long-term plasticity,LTP)，这两者已被公认为是学习记忆活动的细胞水平的生物学基础。突触的可塑性是大脑记忆、认知、计算、学习等功能的分子基础，其在神经信号传递中起着至关重要的作用。通过对神经科学、物理学、化学、材料科学与工程等的跨学科研究，科学家发现制备出具有类突触可塑性的电子器件，即人造突触，是模拟大脑的必要条件。因此，寻找合适的活性层材料以及简单的制备方法已经成为当前研究的热点。

发明内容

本发明目的是要解决目前人造突触灵敏度普遍较低的问题，同时降低器件能耗，节约能源，便于未来的大规模集成。

本发明采用的技术方案是：

一种基于有机/无机杂化钙钛矿的两端人造突触电子器件的制备方法，器件所用活性层为钙钛矿材料；依次包括如下步骤：

1)高掺杂硅衬底经丙酮溶液和异丙醇IPA溶液超声清洗，将异丙醇溶液加热至沸腾，用异丙醇热蒸汽熏蒸衬底表面，然后用N₂将其表面吹干；

2)将溴化铅PbBr₂和甲基氯化胺MACl或者甲基溴化胺MABr混合后溶于二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的混合溶剂中，然后将混合物置于磁力搅拌器上搅拌至澄清透明，配置成钙钛矿溶液MAPbClBr₂或者MAPbBr₃；

3)将步骤1)所得硅衬底置于紫外臭氧清洗机中处理，取步骤2)中配置的钙钛矿溶液于所得的硅衬底上，经旋涂并滴加反溶剂氯苯，旋涂结束后，将钙钛矿薄膜置于加热板上，退火后冷却至室温，获得钙钛矿薄膜；

4)利用掩模板，在步骤3)获得的钙钛矿薄膜表面蒸镀金电极，制备得到钙钛矿两端人造突触电子器件；

5)用半导体分析仪对步骤4)中获得的钙钛矿两端人造突触电子器件进行电学性能测试，通过调节输入的脉冲信号，实现该人造突触对生物突触功能性行为的模拟。