[发明专利]人工突触单元及其制备方法

说明书

本公开提供了一种可用于构建人工脉冲神经网络的人工突触单元及其制备方法，该单元包括：晶体管和离子晶体管，所述晶体管的第一源电极或第一漏电级与所述离子晶体管的第二栅电极串联。所提出的人工突触单元简单，能够较好地模拟生物突触功能，如脉冲时间依赖可塑性(STDP)学习规则和长程增强(LTP)、长程减弱(LTD)等突触可塑性。为大规模构建人工脉冲神经网络提供了基础。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种人工突触单元及其制备方法。

背景技术

脉冲神经网络(SNNs，Spiking neural networks)作为第三代人工神经网络，采用二值脉冲作为输入/输出信号，采用与生物神经元工作原理相似的脉冲神经元作为计算单元，并将时间维度引入计算模型当中，具有更高的能效和计算能力，且更适合时空信息问题的处理，已经成为当前学术界和产业界的研究重点。目前主要是采用传统CMOS器件在硬件层面实现SNNs。

但传统CMOS器件并不是专为实现神经网络而发明和优化的，因而传统CMOS器件通常需要复杂的电路来实现网络中基本单元-突触/神经元的相关功能。例如，利用传统CMOS器件实现脉冲时间依赖可塑性(STDP，spiking timing dependent plasticity)需要数十个晶体管，这极大的限制了单个芯片的集成规模。此外，随着晶体管特征尺寸已经逼近物理极限，现有CMOS工艺集成度难以进一步提升，从长远来看难以达到人脑规模。

发明内容

本申请实施例第一方面提供一种人工突触单元，包括：

晶体管和离子晶体管；

所述晶体管的第一源电极或第一漏电级与所述离子晶体管的第二栅电极串联。

在其中一个实施例中，所述离子晶体管包括：

衬底、二氧化硅层、第二漏电极、第二源电极、第二沟道层、电解质层和所述第二栅电极；

所述二氧化硅层，生长于所述衬底上；

所述第二漏电极和所述第二源电极，均生长于所述二氧化硅层上，且所述第二漏电极和所述第二源电极互不接触；

所述第二沟道层，生长于所述第二漏电极、所述第二源电极和部分所述二氧化硅层上；

所述电解质层，生长于所述第二沟道层上；

所述第二栅电极，生长于所述电解质层上。

在其中一个实施例中，所述离子晶体管包括：

衬底、二氧化硅层、两组电极层、电解质层和所述第二栅电极；

所述二氧化硅层，生长于所述衬底上；

所述两组电极层，生长于所述二氧化硅层上，且所述两组电极层互不接触，每组所述电极层自下而上依次包括第二漏电级、第二沟道层和第二源电极；

所述电解质层，生长于所述两组电极层和部分二氧化硅层上；

所述第二栅电极，生长于所述电解质层上。

在其中一个实施例中，所述晶体管包括：

所述第一漏电极、所述第一源电极、第一栅电极、自下而上依次生长于所述第二栅电极上的绝缘层、第一沟道层和介质层；

所述第一漏电极，生长于所述第二栅电极上，且穿过所述绝缘层；

所述第一源电极，生长于所述绝缘层上，且所述第一漏电极和所述第一源电极互不接触；

所述第一栅电极，生长于所述介质层上。

在其中一个实施例中，所述晶体管包括：