[发明专利]一种基于硫化铟薄膜构建的痛觉感受器及其应用

说明书

本发明属于半导体器件技术领域，公开了一种硫化铟薄膜构建的痛觉感受器及其应用。所述的痛觉感受器为Si/SiO₂/In₂S₃薄膜/金属电极的结构，In₂S₃薄膜是由二维In₂S₃纳米片在二维平面的水平和垂直方向堆叠而成；在Si/SiO₂衬底上以In₂S₃薄膜为沟道，用光刻和蒸镀工艺在In₂S₃薄膜两端制作金属电极制得；沟道的长度为0.1～50μm；在痛觉感受器的金属电极端输入电压脉冲作为刺激信号，或者在痛觉感受器的金属电极保持偏置电压并在其表面照射可见光脉冲作为刺激信号，可以输出器件的响应电流。本发明的痛觉感受器可以响应多个外在刺激，实现多样化功能提供了一种思路，在广泛应用在模仿生物突触领域中。

技术领域

本发明属于半导体忆阻器件的应用技术领域，更具体地，涉及一种基于硫化铟(In₂S₃)薄膜痛觉感受器及其在模拟生物神经系统中的应用。

背景技术

在当今数据量爆炸式增长的背景下，传统计算架构遭遇冯·诺依曼瓶颈，晶体管微缩，摩尔定律已难以延续，这已成为继续提升计算系统性能过程中难以克服的技术障碍。神经形态计算概念的提出无疑是可以实现技术突破的一大曙光，人脑信息处理系统的复杂程度是最先进的超级计算机也无法媲美的。在众多用于实现神经形态计算的硬件元件中，忆阻器以其高集成度、低功耗、可模拟突触可塑性等特点成为一大有力备选。忆阻器早在1971年就由蔡少棠教授以第4种无源基本电路元件的概念提出，2008年由惠普实验室首次在Pt/TiO₂/Pt三明治叠层结构中通过实验验证。忆阻器件首先因其电阻转变效应而被提出用作阻变存储器并被广泛研究。2010年密歇根大学卢伟教授团队提出可以通过操控忆阻器件中离子迁移过程而精细调控器件电导值，率先在忆阻器件中实验模拟实现了突触权重调节行为和脉冲时序依赖突触可塑性，从而掀起了忆阻人工神经突触和神经网络的研究热潮。

生物的疼痛是由神经系统中的痛觉感受器受到刺激后被激活引起的，痛觉感受器是皮肤、内脏、关节和肌肉中的游离神经末梢，是一种特殊的感官神经元。感受器能够将外界有害的机械、热或化学刺激转化为电信号，并将其传导到中枢神经系统。痛觉感受器是人体神经系统中不可或缺的一部分，它可以感应到外部环境刺激下的一些潜在危险以及做出相应的防御措施。在研究仿生神经形态设备时，模仿生物的感觉神经，构造人工痛觉感受器就显得至关重要。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种基于硫化铟(In₂S₃)薄膜构建的痛觉感受器。

本发明的另一目的在于提供上述基于硫化铟薄膜痛觉感受器的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种基于硫化铟薄膜构建的痛觉感受器，所述的痛觉感受器为Si/SiO₂/In₂S₃薄膜/金属电极的结构，所述In₂S₃薄膜是由二维In₂S₃纳米片在二维平面的水平和垂直方向堆叠而成；所述In₂S₃薄膜的厚度为10～500nm；在Si/SiO₂衬底上以In₂S₃薄膜为沟道，使用光刻和蒸镀工艺在In₂S₃薄膜两端制作金属电极制得；所述沟道的长度为0.1～50μm；在所述痛觉感受器的金属电极端输入电压脉冲作为刺激信号，或者在所述痛觉感受器的金属电极保持偏置电压的同时在其表面照射可见光脉冲作为刺激信号，可以输出器件的响应电流。

优选地，所述金属电极为金电极、银电极或铝电极。