[发明专利]一种人工突触晶体管阵列及其调控方法和应用

说明书

本发明公开了一种人工突触晶体管阵列，由下到上依次设置有衬底层、沟道层和电极层。本发明的人工突触晶体管阵列通过在所述衬底层上依次设置所述沟道层和所述电极层，并利用所述衬底层的硅作为背栅结构，利用将所述沟道层的材料为大面积均匀的多层二硫化钼，使晶体管可以实现阵列化且可以工作在可见光和近红外光波段，且二硫化钼富含缺陷态，可以增强载流子的束缚，实现强突触可塑性、高敏感性和低功耗。因此使得人工突触晶体管集传感‑存储‑预处理功能为一体，从而可以实现对人眼感知和人脑存储的模拟。

技术领域

本发明涉及仿生突触领域，具体涉及一种人工突触晶体管阵列及其调控方法和应用。

背景技术

人工突触晶体管在仿生人眼感知和大脑存储方面都有着广泛的应用。基于人工突触晶体管的计算和成像往往需要大面阵和低功耗以及高灵敏度。在仿生人眼方面，多数基于人工突触晶体管的系统只能感知可见光波段，而且对超短的光刺激脉冲可能敏感度不高。在信息存储方面，强突触可塑性和低功耗以及短期可塑性和长期可塑性的高对比度才能满足模拟人脑存储的要求。在信息处理方面，由于存算分离，即冯诺依曼瓶颈，导致处理效率低功耗高。

近年来基于二维材料的突触晶体管，忆阻器和相变存储器等大量用于模拟生物神经。但是这种基于二维材料的突触晶体管可能需要辅助于其他材料或结构用以增强载流子束缚且单个光脉冲事件的功耗目前最低为fJ量级，因此增加了器件制备的难度且高功耗不利于后续的复杂应用。同时，这种突触晶体管也要求沟道材料可实现大面积制备。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种人工突触晶体管阵列，通过对人工突触晶体管的沟道层材料设置为大面积均匀的多层且富含缺陷态的二硫化钼，从而使得器件可以实现对超短光脉冲的响应且功耗极低，同时利用衬底硅作为背栅结构，从而使得单个器件易于阵列化，避免在制备过程中结构复杂导致的工艺难度较大的问题，且栅调控可以实现突触可塑性的增强和抑制。

为达到上述目的，本发明首先提供以下技术方案：

一种人工突触晶体管，所述突触晶体管由下到上依次包括衬底层、沟道层和电极层，其中所述衬底层为硅和二氧化硅；所述沟道层为大面积均匀的二硫化钼薄膜；所述沟道层上设置电极层。

本发明还提供如下优化方案：

优选的，所述衬底层的材料为硅和二氧化硅双层结构：通过磁控溅射法将二氧化硅蒸镀到p型掺杂的硅晶圆上，其中二氧化硅厚度为285nm。

所述衬底层的材料为硅和二氧化硅，其中二氧化硅做栅氧化层，硅做背栅，其中二氧化硅的制备方式是磁控溅射，厚度为285nm，此厚度易于后续的沟道层生长，而且是合适的栅氧化层厚度,不易被栅电压击穿。且背栅结构器件制备更简单。

优选的，所述沟道层的材料为大面积均匀的二硫化钼。

优选的，所述沟道层的生长方法为化学气相沉积法。

优选的，所述化学气相沉积法包括：

将衬底层先后在丙酮和异丙醇中超声清洗各5min；

将氧化钼和氯化钠按质量比约6:1份混合，从而形成钼源前驱体；

按质量份数将255份硫粉作为硫源前驱体；

然后将所述钼源前驱体置于单温区1英寸管式炉的中央，将硫源前驱体置于所述钼源前驱体上游；

优选的，其中所述钼源与硫源前驱体的距离为23cm左右；

然后将所述衬底层面对面放置在所述钼源前驱体的下游，其中，所述衬底层的垂直间距为2mm左右；

将所述管式炉用高纯度氩氢混合气排净管内剩余气体，其中，排气时间为10min左右。

将所述管式炉用真空泵抽至低压，其中压强为0.4Torr左右；