[发明专利]具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触及方法

说明书

本发明涉及一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触，包括从下至上依次设置的基底、底电极、发光活性层和顶电极；所述发光活性层由发光材料、离子传输基质和锂盐组成，当连续电压脉冲输入时，活性层中的发光材料与离子传输基质发生电化学氧化还原反应，导致了器件电导的逐渐变大，后突触电流也逐渐增大；同时，随着电子和空穴注入的增加，瞬态电致发光强度也逐渐增强。本发明能够同时以输出的光信号和电信号强度作为突触权重，可用于构建光电混合人工神经网络，为实现同时以光和电为媒介神经形态计算系统提供了一种全新可行的方案。

技术领域

本发明属于人工突触器件技术领域，具体涉及一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触及方法。

背景技术

随着第五代无线系统(5G)的普及，人们在日常生活中产生了大量的数据流量，包括文本、图像、音频和视频文件，这加速了大数据时代的发展。 面对数据信息的爆炸式增长，基于传统冯·诺依曼框架的计算机已经无法以低功耗处理复杂的任务(如数字图像分析、 语音识别和智能导航)，而人脑神经系统可以同时作为处理器和存储器，以高效、高度并行的方式学习、记忆和计算大量的外部信息。而突触是构成人脑神经系统的基础单元。

近年来, 随着对类脑计算的兴趣的急剧增加，人们对不同类型的高性能人工突触进行了深入研究，其中包括原子开关,相变存储器,电阻随机存取存储器,忆阻器,突触晶体管等等。然而，目前的人工突触器件一般限于光信号或电信号的单一输出。相比之下，具有光电信号同时输出的人工突触器件是一种较为理想的器件选择，因为它可以为人工神经网络的多通道信号传输提供更多的选择性。此外，光信号的引入有望通过片上光网络降低超大规模集成电路(VLSI)的电子引线密度，从而促进低串扰、高容错性的大规模光电混合人工神经网络的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触及方法，得到的发光电化学人工突触能够同时通过输出的光信号和电信号来模拟突触可塑性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触，包括从下至上依次设置的基底、底电极、发光活性层和顶电极；所述发光活性层由发光材料、离子传输基质和锂盐组成，当连续电压脉冲输入时，活性层中的发光材料与离子传输基质发生电化学氧化还原反应，导致了器件电导的逐渐变大，后突触电流也逐渐增大；同时，随着电子和空穴注入的增加，瞬态电致发光强度也逐渐增强。

进一步的，所述基底采用玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。

进一步的，所述底电极所用材料为氧化铟锡、银、铝或金，厚度为100-200 nm。

进一步的，所述发光活性层是通过旋涂工艺沉积制成，其厚度为150-550 nm。

进一步的，所述发光材料为有机发光聚合物材料。

进一步的，所述所述离子传输基质为有机离子交换树脂。

进一步的，所述顶电极所用材料为氧化铟锡、铝、金或银，厚度为50-100 nm。

一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触的制备方法，包括以下步骤：

S1. 将有机发光聚合物、有机离子交换树脂和锂盐溶液共混，制备出发光活性层溶液;

S2. 具有底电极的基底经过清洗后，在充满氮气的环境下将发光活性层溶液通过旋涂工艺沉积于基底之上并退火，形成发光活性层;

S3. 在步骤S2得到的发光活性层上通过热蒸镀的方法制备顶电极，得到具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触。

进一步的，所述旋涂制备发光活性层薄膜并退火的氮气环境中水、氧含量均小于0.1 PPm。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：