[发明专利]人工突触器件和人工突触器件的制备方法

说明书

本发明公开了一种人工突触器件和人工突触器件的制备方法，该人工突触器件包括：柔性衬底；一对电极，在平行于柔性衬底的平面内相对设置；阻变层，包括依次设置的第一子层和第二子层；第一子层分别覆盖两个电极的部分区域，第二子层在柔性衬底上的垂直投影与第一子层在柔性衬底上的垂直投影重合；其中，第一子层包括二维材料或一维材料，第二子层包括离子导电型的聚合物电解质材料；第二子层的离子种类、离子浓度以及迁移率可调控。本发明实施例提供的技术方案，能较好地模拟生物突触的工作机制，通过对第二子层的调控，可模拟生物体中不同种类的离子、生物配体等；第一子层也可模拟细胞膜内生物受体的功能，从突触工作机制角度实现仿生设计。

技术领域

本发明实施例涉及仿生人工突触器件以及类生物感知系统技术领域，尤其涉及一种人工突触器件和人工突触器件的制备方法。

背景技术

人工智能技术的发展为人机交互、感知系统及机器人假肢的控制等带来了革命性变化，同时对复杂数据的处理和人机交互界面提出了新的要求。不同于目前基于软件系统和冯·诺依曼构架实现的神经网络，人脑运算方式具有高效率和低功耗的特点。因此，在硬件层面上模拟人脑的神经拟态器件，对构建新的运算系统具有重要意义。此外，由于神经拟态器件能够将传感器数字信号转变成与类神经模拟信号，有望实现与生物神经信号的兼容，构建智能、高效的人机交互界面。因此，神经形态器件受到了广泛研究，其相关材料、制备工艺和器件结构不断得到优化。

忆阻器与生物突触相似的结构和工作机制，近年来在(仿生)人工突触领域受到广泛关注。生物体中神经元的连接强度可以通过突触权重的变化进行调节，Na⁺、Ca²⁺和K⁺在突触权重的调节和突触信号的传递中起着重要作用，每个神经元大约与周围10³个突触相互关联，因此对于生物神经系统的模拟是十分复杂的，而且很难到达理想的状态。

发明内容

本发明实施例提供一种人工突触器件和人工突触器件的制备方法，以较好地模拟生物突触的工作机制，通过对第二子层的调控，可模拟生物体中不同种类的离子、生物配体等；第一子层也可模拟细胞膜内生物受体的功能，从突触工作机制角度实现仿生设计。

本发明实施例提出一种人工突触器件，该人工突触器件包括：

柔性衬底；

两个电极，设置于所述柔性衬底一侧，且在平行于所述柔性衬底的平面内相对设置；

阻变层，包括第一子层和第二子层，所述第一子层位于所述第二子层靠近所述柔性衬底的一侧；所述第一子层分别覆盖两个所述电极的部分区域，所述第二子层在所述柔性衬底上的垂直投影与所述第一子层在所述柔性衬底上的垂直投影重合；

其中，所述第一子层包括二维材料或一维材料，所述第二子层包括离子导电型的聚合物电解质材料；所述第二子层的离子种类、离子浓度以及迁移率可调控。

在一实施例中，所述第一子层包括表面官能团和表面缺陷；

所述表面官能团由化学方法进行调控，所述表面缺陷由物理方法进行调控。

在一实施例中，所述第二子层还包括掺杂物质、塑化剂和纳米颗粒；

所述离子种类由所述掺杂物质的种类决定；所述离子浓度和所述迁移率由所述塑化剂和所述纳米颗粒的掺杂浓度进行调控。

在一实施例中，所述电极的厚度为40nm-150nm。

在一实施例中，所述柔性衬底表面采用等离子界面处理或者紫外亲水处理。

在一实施例中，所述柔性衬底的材料包括具有柔性和生物兼容性的聚合物材料或生物材料。

在一实施例中，所述柔性衬底的厚度为10μm-20μm。