[发明专利]一种可模拟神经突触的聚合物/量子点薄膜忆阻器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可模拟神经突触的聚合物/量子点薄膜忆阻器，所述忆阻器包括从下至上依次设置的导电基底(1)、聚合物薄膜层(2)、碳基量子点层(3)、半导体量子点层(4)以及顶电极(5)。本发明所述的忆阻器结构在电场循环扫描下阻态持续变化，可以实现对神经突触的学习与记忆功能的模拟如长时程增强效应(LTP)和长时程抑制效应(LTD)。本发明所制备的阻变层均为溶液旋涂所得，可在柔性衬底上制备，应用可穿戴电子产品领域。器件具有尺寸小、结构简单、可集成芯片、功耗低的优点，可模仿人脑神经突触处理和学习工作行为，应用于新型微电子仿生单元，提高计算机的速度和并行处理能力。

技术领域

本发明属于忆阻器技术领域，尤其是涉及一种可模拟神经突触的聚合物/量子点薄膜忆阻器及其制备方法。

背景技术

忆阻器被认为是除电阻器、电容器、电感器的第四类基本无源电子器件。忆阻器由于能够记忆自身电阻状态，并能与传统集成电路相兼容，具有电阻值可随电压扫描连续变化的非线性传输特性，可以用来模拟神经突触行为。

对于忆阻器件，它通常是由导体和半导体层层组装得到的，层与层之间的界面是决定器件性能稳定的重要因素。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种性能更为稳定的可模拟神经突触的聚合物/量子点薄膜忆阻器及其制备方法。通过使用聚合物可以使得起到分散基体的作用，方便后续旋涂量子点的均匀分散；对于碳基量子点不仅可以形成均匀致密的薄膜，同时也可以钝化半导体量子点界面缺陷态，使得器件性能较为稳定。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可模拟神经突触的聚合物/量子点薄膜忆阻器，所述忆阻器包括从下至上依次设置的导电基底、聚合物薄膜层、碳基量子点层、半导体量子点层以及顶电极。

进一步，所述聚合物薄膜层采用的聚合物为PVP或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。

这两种聚合物分子链之间的排斥作用有效防止了纳米粒子的团聚；它们可以为纳米粒子提供基体，便于在此基础上制备各种复合材料。

进一步，所述碳基量子点层为G QDs或C QDs。

进一步，所述聚合物薄膜层的厚度为5nm～30nm，所述碳基量子点层的厚度为5nm～30nm，所述半导体量子点层的厚度为30nm～200nm。

其中，随着聚合物薄膜层厚度的增加，会增大聚合物薄膜表面的粗糙度，降低了器件的稳定性。同时，较厚的聚合物薄膜，会使得器件整体电阻变大，这使得需施加较大的偏压，才会有明显的忆阻行为，不利于器件的实际应用。

随着碳基量子点层厚度增加，器件的开启电压变大，较大的开启电压，会影响器件的稳定性，同时也可能会使得薄膜中的官能团，或者悬键增加，使得器件的高阻态降低，也容易造成器件的波动性较大。

另外，半导体量子点层太厚，可能会使得形成的导电细丝传导路径太长，这时往往需要更大的偏压才可以使器件导通，会使得器件产生较大的功耗；半导体量子点层太薄，容易使得器件发生隧穿，产生较大的漏电流。

进一步，所述半导体量子点层采用ZnO、TiO₂或ZnS中的一种。

进一步，所述半导体量子点的尺寸为2-20nm。

该尺寸的量子点可以产生以下效果：(1)量子尺寸效应：当半导体纳米粒子颗粒尺寸小于激子的玻尔半径时所产生的量子尺寸效应改变了半导体材料的能级结构，使之由一个连续的能带结构变为具有分子特性的分立能级结构；(2)表面效应：表面效应指的是纳米晶表面原子数和总原子数之比与颗粒直径成反比，随着颗粒直径变小，比表面积将会大幅度增大和表面积原子数的增多，这会导致原子配位不足，不饱和键和悬空键增多，具有较高的表面能和表面活性，这样会使得纳米颗粒表面具有大量的缺陷态，它们可以作为捕获电子和空穴的陷阱，不利于载流子的传输。