[发明专利]自驱动摩擦纳米发电突触晶体管

说明书

本发明涉及的自驱动摩擦纳米发电突触晶体管，包括摩擦纳米发电机和突触晶体管，其包括衬底；形成在衬底上的电极层；形成在电极层上的共享中间层；形成在共享中间层上的突触晶体管有源层、源电极和漏电极；以及形成在共享中间层上的正摩擦层和负摩擦层，共享中间层作为突触晶体管的介电层以及摩擦纳米发电机的中间层，提升了摩擦纳米发电机的输出电压并能够实现为突触晶体管的突触功能，电极层作为摩擦纳米发电机的输出电极以及突触晶体管的栅电极，结构简单，轻便且柔性，摩擦正摩擦层或负摩擦层，共享中间层产生脉冲电压，无需外部供电即在源电极和漏电极之间产生兴奋性后突触电流，能够自驱动实现仿生突触晶体管功能。

技术领域

本发明涉及一种自驱动摩擦纳米发电突触晶体管，属于半导体器件技术领域。

背景技术

智能时代带来的大数据和高效人机交互的需求，对复杂信息的处理和储存带来了更高的要求。相较于人脑的低功率和小体积，目前的计算机系统存在明显不足，近年来，模仿人脑的信息处理方式并开发出类神经网络计算系统，提供了一条通往高效运算的潜在途径。目前的神经网络系统大多运用传统的互补型金属氧化物半导体技术，虽然类似神经网络的计算功能能够在结合代码算法的条件下实现，但是其效率仍远低于人脑。这其中的根本原因是没有摆脱冯·诺依曼构架的限制，因此，从基于单个器件出发模拟人脑中的神经元与突触的工作原理，实现人脑的低功率高效运算，是解决此问题的有效方法。因此，模仿生物突触的结构和工作机理并制备具有生物突触功能的仿生人工突触器件是实现低功率高功效神经网络的重点。近年来，海内外诸多研究机构涌现诸多基于仿生人工突触器件的发明创造，其中，基于薄膜晶体管结构的仿生突触晶体管展现出了结构简单，低功率，突触特性完备等特点并受到了广泛的关注，同时仿生突触晶体管也在仿生皮肤，仿生传感器中展现出了一定的应用潜力，将仿生突触晶体管通过电路以及例如整流桥等器件与传感器或摩擦发电器件组成系统，可以实现对于外部刺激的采集，信号传输，信息储存等仿生功能，作为类神经网络系统的交互以及外部信息采集端口展现出了极高的应用价值。但是，近年来的研究主要通过外加的复杂电路实现仿生突触晶体管与刺激采集端的集成并需要额外的电源供应，不利于应用于柔性电子器件，可穿戴设备与仿生皮肤等运用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需额外供电，具有轻便、柔性、结构简单特点的自驱动摩擦纳米发电突触晶体管。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自驱动摩擦纳米发电突触晶体管，包括摩擦纳米发电机和突触晶体管，所述自驱动摩擦纳米发电突触晶体管包括衬底；形成在所述衬底上的电极层；形成在所述电极层上的共享中间层；形成在所述共享中间层上的突触晶体管有源层、源电极和漏电极；以及形成在所述共享中间层上的正摩擦层和负摩擦层，所述共享中间层作为所述突触晶体管的介电层以及所述摩擦纳米发电机的中间层，所述电极层作为所述摩擦纳米发电机的输出电极以及所述突触晶体管的栅电极，摩擦所述正摩擦层或所述负摩擦层，所述共享中间层产生脉冲电压，所述共享中间层中的电荷发生转移从而改变所述突触晶体管有源层的电导率，并在所述源电极和漏电极之间产生兴奋性后突触电流。

进一步地，所述共享中间层的材料为高介电材料。

进一步地，所述高介电材料为具有突触效应的高介电材料或具有铁电极化特性的高介电材料。

进一步地，所述高介电材料为氧化镓、氧化铪、氧化铝、氧化钽、氧化铱、氧化锆、氧化镧、氧化锂、氧化钪中的一种或两种以上的组合。

进一步地，所述衬底为玻璃、二氧化硅、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的任一种。

进一步地，所述电极层、源电极以及漏电极的材料为氧化铟锌、氧化铟锡、氧化锌铝、氮化钛、金、银、铜、铝中的一种或两种以上的组合。

进一步地，所述突触晶体管有源层的材料为有机半导体材料和无机半导体材料中的一种。

本发明的有益效果在于：