[发明专利]金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，其包括衬底、栅电极、介电层、第一有源层、第二有源层、二维电子气层、以及源电极和漏电极，第一有源层为金属氧化物异质结电刺激有源层，第二有源层为金属氧化物异质结光刺激有源层，第一有源层通过电脉冲信号刺激调制源电极和漏电极之间的电导率从而实现基于电刺激调制的突触可塑性，第二有源层在白光或不同波长的光刺激下产生兴奋性突触后电流并实现基于光刺激调制的突触可塑性，集成了光刺激和电刺激调制的突触可塑性于单个晶体管上，结构简单，二维电子气实现较高的载流子迁移率，从而提高突触晶体管的性能，且可运用于可穿戴设备，柔性电子器件等器件上。

技术领域

本发明涉及一种金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管及其制备方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

近些年，由于智能时代带来的大数据和人机交互的需求，传统冯诺依曼计算机架构遇见了诸如功耗高和体积大的瓶颈，难以满足未来人工智能计算的需求。基于神经算法的类人脑计算机系统的发展展示出了在后摩尔定律时代下突破传统冯诺依曼计算机系统瓶颈的潜力。有别于传统计算系机，人脑在较小的体积下展示出了能够大量数据处理，高效且低功耗的信息传输和计算的优点。生物学上，人脑由超过10¹⁵个突触以及10¹¹个神经元构成，连接着神经元的突触在人脑信息传输中起到关键性的作用，因此，仿生突触器件是发展类人脑计算机以及仿生人工智能系统发展的基石。近年来，基于金属氧化物材料的电子器件在仿生突触器件的实现上展示出了极大的潜力，同时多种能够在电学刺激或外界光刺激实现仿生突触功能的电子器件得到了广泛研究。但是若要实现多种电学刺激以及光学刺激仿生突触功能，往往需要集成多个器件以及相关电路，不利于应用于可穿戴设备，柔性电子器件，仿生视网膜与仿生皮肤等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成了电刺激调制的突触可塑性和光刺激调制的突触可塑性的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，所述金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管包括衬底、形成在所述衬底上的栅电极、形成在所述栅电极上的介电层、形成在所述介电层上的第一有源层、形成在所述第一有源层的第二有源层、形成在所述第一有源层和所述第二有源层之间的二维电子气层、以及形成在所述第二有源层上的源电极和漏电极，所述第一有源层为金属氧化物异质结电刺激有源层，所述第二有源层为金属氧化物异质结光刺激有源层，所述第一有源层通过所述介电层被所述栅电极上施加的电脉冲信号刺激产生兴奋性突触后电流，并且所述第一有源层通过电脉冲信号刺激调制所述源电极和漏电极之间的电导率从而实现基于电刺激调制的突触可塑性，所述第二有源层在白光或不同波长的光刺激下产生兴奋性突触后电流并实现基于光刺激调制的突触可塑性。

进一步地，所述第一有源层的材料为氧化铟半导体。

进一步地，所述第二有源层的材料为氧化锌半导体。

进一步地，所述介电层的材料为具有高介电常数的金属氧化物。

进一步地，所述具有高介电常数的金属氧化物为具有突触效应的高介电常数金属氧化物或具有铁电极化特性的高介电常数金属氧化物。

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，所述栅电极、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。

本发明还一种金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管的制备方法，所述制备方法用以制备所述的金属氧化物异质结光电刺激突触晶体管，所述制备方法包括：

S1、提供衬底，对所述衬底进行清洗和亲水处理；

S2、在所述衬底上制备栅电极；