[发明专利]一种基于双极型半导体的光控人工突触及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于双极型半导体的光控人工突触及其制备方法，所述基于双极型半导体的光控人工突触包括：半导体层；所述半导体层包括：光致变色化合物和双极型聚合物；其中，所述双极型聚合物的HOMO能级位于开环的光致变色化合物的HOMO能级和闭环的光致变色化合物的HOMO能级之间。通过施加不同波段的光实现了半导体沟道的重构，进而可以实现在相同电压极性下和相同光照波段下沟道导电性的增强或抑制，本发明采用光来重构人工突触，降低了电子突触的能耗，提高了稳定性和重复性，另外，电学端口的缩减有利于操作复杂程度的降低，较好的柔性性能也能实现器件的高机械性。

技术领域

本发明涉及人工突触领域，尤其涉及的是一种基于双极型半导体的光控人工突触及其制备方法。

背景技术

在人脑的神经系统中，诸如学习和感知的许多智能功能都与外部环境刺激密切相关。这些刺激由受体检测，然后作为电化学信号传递给突触进一步加工。通过这种信息处理，我们产生对这些环境变化的特定感知并作出相应的应激反应。在神经元中，突触前膜能释放多种不同的兴奋性和抑制性神经递质来分别引起兴奋性和抑制性突触后膜电位，进而实现信号处理和传递。但是，一些突触的突触应答并不是固定的，它可以通过来自中枢神经系统的调节信号在不同的突触反应之间进行重构。一些研究报道神经系统中的一些神经调节剂在这种重构中起着重要作用。例如，中枢神经系统中的内啡肽和相关的阿片受体可以作为调节疼痛通路中神经活动的神经调节剂，对相同的有害刺激(例如极端温度，机械压力)产生显著不同的主观感受，这种内源性调节被认为是调节生物系统中疼痛感知的基础。由于神经系统中这种可调节的触觉感知，我们可以准确地感知并且适当地应答外部的环境变化。因此，为了实现这种感知可调节的人工智能系统，构建具有可重构的突触响应的人工突触至关重要。

具有复杂突触功能的人工突触的硬件实现仍然具有相当大的挑战性。现有技术中，基于互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor(CMOS))技术的神经形态电路需要多个晶体管来模拟一个突触，从而极大地增加了系统复杂性并带来了可扩展性的问题。因此，一些研究团队致力于构建基于忆阻器或晶体管的人工突触装置。尽管单个器件可以模拟某些特定的突触功能，但这些人工突触都不能动态重构突触的应答。近些年来，二维材料由于其特殊的材料特性(例如原子可扩展性)可以作为传统半导体的替代品而引起了很多关注。一些研究团队已经制作了一些基于二维材料的人工突触来模拟一些特定的突触反应，并且其中一些器件也能够动态重构突触的应答。然而，这些器件中的重构都是通过附加额外的控制端口实现，例如额外的调制沟道的栅极，可调节的偏置端口，电/离子/光活性栅极的协同作用等等，这些都增加了器件制造的复杂性和操作的不便以及引起了较高的能耗，并且多个端口的相互影响不可避免地会影响器件的稳定性与重复性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于双极型半导体的光控人工突触及其制备方法，旨在解决现有技术中人工突触稳定性与重复性较低的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于双极型半导体的光控人工突触，包括：半导体层；其中，所述半导体层包括：光致变色化合物和双极型聚合物；其中，所述双极型聚合物的HOMO能级位于开环的光致变色化合物的HOMO能级和闭环的光致变色化合物的HOMO能级之间。

所述的基于双极型半导体的光控人工突触，其中，所述双极型聚合物的HOMO能级与开环的光致变色化合物的HOMO能级的差值小于所述双极型聚合物的HOMO能级与闭环的光致变色化合物的HOMO能级的差值。

所述的基于双极型半导体的光控人工突触，其中，所述光致变色化合物和所述双极型聚合物的质量比为1:1-10。