[发明专利]基于肖特基接触的双层硅基光电突触器件及制备方法

说明书

本发明提供一种基于肖特基接触的双层硅基光电突触器件及制备方法，从上至下具有透明顶电极、硅基非晶薄膜功能层、非晶硅钌薄膜功能层、透明底电极的垂直三明治结构；非晶硅钌薄膜功能层为光敏层，用于吸收可见光到近红外光范围内的光子；硅基非晶薄膜功能层与非晶硅钌薄膜功能层构成肖特基势垒；器件以不同波长的光信号模拟视觉突触前端的动作电位，以器件的光响应电流模拟突触后电流，通过电读取的方式，在可见光到近红外光谱范围内实现多项视觉神经突触可塑性，进而实现学习、记忆和颜色识别的仿生视觉突触功能。本发明所述光电突触器件具有较宽的工作带宽，有望在神经形态芯片以及未来智能机器人视觉系统中获得应用。

技术领域

本发明属于本发明属于硅基光电子集成器件与神经形态芯片领域，具体涉及一种基于肖特基接触的双层硅基光电突触器件及其制备方法。

背景技术

神经网络计算以其自适应学习、高并行计算和低能耗等优点，被认为是能够解决冯·诺依曼瓶颈、存储墙等问题的最有效方法之一。实现神经网络计算的重要前提是开发出能够模拟生物突触行为的突触器件。已有的绝大部分专利均为以电信号作为激励源的突触器件，被称之为电学突触。这类突触器件采用“电激励-电读取”的工作方式来实现人工突触功能。它们在统筹考虑带宽、连接、密度等因素下的整体优化面临着巨大挑战，故研究者将光引入神经突触器件，研制使用光信号作为激励源的光电突触器件。与电学突触器件相比，光不仅具备电难以实现的高带宽、低串扰、低功耗等特性，还可以直接模拟视觉等至关重要的神经行为。目前，以光信号作为激励源实现突触功能的公开专利还很少，而且大多数光电突触器件使用的是紫光或者紫外光作为激励源，仅有个别公开专利能够做到长波响应。

发明内容

为了突破电学突触的带宽限制和已有的绝大多数光电突触器件无法做到宽光谱响应的局限，本发明提出一种基于肖特基接触的双层硅基光电突触器件及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种基于肖特基接触的双层硅基光电突触器件，所述器件从上至下具有透明顶电极1、硅基非晶薄膜功能层2、非晶硅钌薄膜功能层3、透明底电极4的垂直三明治结构。

非晶硅钌薄膜功能层3对可见光到近红外光范围的激励光敏感，用于吸收可见光到近红外光范围内的光子；硅基非晶薄膜功能层2与非晶硅钌薄膜功能层3构成肖特基势垒，用于降低并控制光生载流子的复合速率，实现对光生载流子的动态捕获和去捕获。

器件以不同波长的光信号模拟视觉突触前端的动作电位，以器件的光响应电流模拟突触后电流，通过电读取的方式，在可见光到近红外光谱范围内实现多项视觉神经突触可塑性，进而实现学习、记忆和颜色识别的仿生视觉突触功能。

作为优选方式，透明顶电极和透明底电极选氧化铟锡薄膜、或氧化铟锌薄膜；透明顶电极和/或透明底电极作为光电突触器件的光学窗口。

作为优选方式，多个透明顶电极形成的阵列等距排布在器件上表面。

作为优选方式，非晶硅钌薄膜功能层3采用纯度大于99.999％的纯硅靶材和纯钌Ru金属颗粒射频磁控共溅射的方法获得，厚度为50nm～200nm，钌Ru名义含量为1％～5％。

作为优选方式，硅基非晶薄膜功能层2选自氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜其中一种，采用陶瓷靶材射频磁控溅射的方法获得，厚度为10nm～40nm。

作为优选方式，激励源为不同波长的光信号，波长范围为450nm～905nm。

本发明还提供一种基于肖特基接触的双层硅基光电突触器件的制备方法，包括如下步骤：

(1)选择透明导电玻璃作为底电极，并进行清洗和干燥处理；

(2)将透明导电玻璃划分为电极区和功能区，对电极区进行保护，在功能区预留窗口；