[发明专利]一种基于天然有机材料的忆阻器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于天然有机材料的忆阻器及其制备方法，其包括，依次层叠的衬底、底电极、阻变功能层以及顶电极，所述阻变功能层包括化学修饰后的卡拉胶薄膜以及包覆于所述化学修饰后的卡拉胶薄膜中的纳米金属颗粒，所述纳米银颗粒与所述化学修饰后的卡拉胶的质量比为1％‑4％。该阻变功能层采用化学修饰后的天然有机材料ι型卡拉胶薄膜和以及包覆于薄膜内部的纳米金属颗粒，该阻变功能层具有更高的离子电导率，用于忆阻器件中实现了更加稳定的电阻翻转行为，卡拉胶薄膜中的银纳米颗粒增强了神经突触的可塑性。该忆阻器成本低廉、生物相容性好，并且具有可降解、柔性等优点。该忆阻器可应用于可植入芯片、电子皮肤和生物诊断和治疗等领域。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种基于天然有机材料的忆阻器及其制备方法。

背景技术

随着物联网与人工智能技术的兴起，基于冯·诺依曼结构的硬件在处理海量数据中暴露出明显不足。相较而言，人脑可以快速和低功耗地处理大量数据，因而在面对复杂问题如图像、声音识别等领域，显示出巨大的优势。受人脑启发，人工神经网络是在物理层面上模仿神经系统，从而更容易地处理新兴技术产生的大数据流。神经突触是人脑工作和记忆的基本单元，因而探索仿生突触器件成为构建人工神经网络的重要基础。

忆阻器阻值是由流经它的电荷确定，通过对忆阻器施加一定数量的电压或电流脉冲，就可以设置忆阻器的电导大小。另一方面，忆阻器的电导可以看做神经突触的连接强度，也即权重。因此，忆阻器可以用来模拟神经突触的各类突触功能，例如短程可塑性(STP)、长程可塑性(LTP)和时序依赖可塑性(STDP)等。总之，采用忆阻器制备仿生突触器件具有非常广阔的应用空间。

采用天然有机材料制备电子器件具有柔性、原材料广泛、成本低廉、可降解、生物相容等优点，是下一代“绿色电子工业”的重要基础，在可植入芯片、电子皮肤、生物诊断等领域发展起到关键作用。然而，目前关于神经突触器件的研究多集中在无机材料上，而基于天然有机材料的神经突触器件的研究尚十分罕见。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种基于天然有机材料的忆阻器及其制备方法，该忆阻器用于神经突触，具有生物相容性。

基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案：

一种基于天然有机材料的忆阻器的制备方法，其包括以下步骤：

在衬底上沉积底电极；

在所述底电极上沉积阻变功能层；

在所述阻变功能层上沉积顶电极；

其特征在于，所述阻变功能层是包覆有纳米金属颗粒的化学修饰后的卡拉胶薄膜。

进一步的，所述阻变功能层的沉积包括以下步骤：制备羧甲基化卡拉胶；

将包含有纳米金属颗粒以及羧甲基化卡拉胶的卡拉胶混合溶液旋涂于所述底电极上，获得所述包覆有纳米金属颗粒的化学修饰后的卡拉胶薄膜；

其中，所述金属纳米颗粒以及所述羧甲基化卡拉胶的质量比为1％-4％。

进一步的，所述羧甲基化卡拉胶的制备包括：

将卡拉胶粉末、氢氧化钠、异丙醇以及水混合，在70-90℃下进行膨胀和碱化，获得反应混合物；

将溶有一氯乙酸的异丙醇滴入上述反应混合物中，反应2.5-3h，加入乙醇后停止反应，从而获得包含有沉淀物的混合物；

对上述包含有沉淀物的混合物依次进行离心过滤、漂洗、脱盐脱水以及室温真空干燥后得到羧甲基化卡拉胶。

一种基于天然有机材料的忆阻器，其包括，依次层叠的衬底、底电极、阻变功能层以及顶电极，所述阻变功能层包括化学修饰后的卡拉胶薄膜以及包覆于所述化学修饰后的卡拉胶薄膜中的纳米金属颗粒。