[发明专利]一种有机无机杂化光电神经突触器件及其制备方法

说明书

本发明公开一种有机无机杂化光电神经突触器件及其制备方法。该有机无机杂化光电神经突触器件包括：高掺杂硅衬底，作为底电极；有机钙钛矿薄膜，形成在所述底电极上；无机钙钛矿薄膜，形成在所述有机钙钛矿薄膜上；顶电极，形成在所述无机钙钛矿薄膜上，以光源激励和电压激励作为刺激信号，利用有机钙钛矿薄膜和无机钙钛矿薄膜的光电响应耦合，实现高稳定性的光电神经突触特性模拟。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种有机无机杂化光电神经突触器件及其制备方法。

背景技术

传统的计算机多基于冯·诺依曼式计算架构，其中的信息存储单元与信息处理单元处于物理分离的状态。数据计算速度与读取速度不匹配导致计算效率无法进一步提升。类脑神经形态计算作为一种新型计算架构，可以将存储器与处理器两者的功能集成在同一单元，数据可以在完成计算的第一时间获得存储，并且可快速将存储器中的数据进行读取与原位计算。开发同时具有存储与计算功能的类脑神经突触器件是实现高效计算的首要任务。

目前，常见的类脑神经突触器件多基于电学信号的调控，无法受到其他信号的激励与响应，调控方式较为单一，无法满足日益复杂的信号处理需求。光电神经突触器件作为一种新型类脑计算器件，可以同时接受光刺激与电刺激信号，在多种模式的信号下完成计算任务，应用场景更加灵活，成为下一代神经计算器件的发展方向。

有机钙钛矿材料是一种具有灵敏光响应的半导体材料，可以同时对电信号和光信号产生响应，非常适合用于构建光电突触器件。然而，以MAPbI₃、MAPbBr₃为代表的有机钙钛矿材料在空气中易失效，直接用于制备光电器件时稳定性较差。尽管采用封装的方式可隔绝水氧等成分对有机钙钛矿材料的影响，但是相比于器件直接暴露在光照的情况，这种方式在一定程度上影响了器件对光信号的响应灵敏度。

发明内容

本发明公开一种有机无机杂化光电神经突触器件，利用有机钙钛矿材料与无机钙钛矿两者的优势互补，获得高性能与高稳定性的光电神经突触器件，用于构建钙钛矿基的光电神经形态计算体系。具体包括：高掺杂硅衬底，作为底电极；有机钙钛矿薄膜，形成在所述底电极上；无机钙钛矿薄膜，形成在所述有机钙钛矿薄膜上；顶电极，形成在所述无机钙钛矿薄膜上，以光源激励和电压激励作为刺激信号，利用有机钙钛矿薄膜和无机钙钛矿薄膜的光电响应耦合，实现高稳定性的光电神经突触特性模拟。

本发明的有机无机杂化光电神经突触器件中，优选为，所述有机钙钛矿薄膜MAPbI₃，MAPbBr₃或MAPbCl₃。

本发明的有机无机杂化光电神经突触器件中，优选为，所述无机钙钛矿薄膜CsPbBr₃，CsPbCl₃或CsPbI₃。

本发明的有机无机杂化光电神经突触器件中，优选为，所述有机钙钛矿薄膜的厚度为40nm，所述无机钙钛矿薄膜的厚度为60nm。

本发明还公开一种有机无机杂化光电神经突触器件制备方法，包括以下步骤：将高掺杂硅衬底作为底电极；在所述底电极上形成有机钙钛矿薄膜；在所述有机钙钛矿薄膜上形成无机钙钛矿薄膜；在所述无机钙钛矿薄膜上形成顶电极，以光源激励和电压激励作为刺激信号，利用有机钙钛矿薄膜和无机钙钛矿薄膜的光电响应耦合，实现高稳定性的光电神经突触特性模拟。

本发明的有机无机杂化光电神经突触器件制备方法中，优选为，所述有机钙钛矿薄膜MAPbI₃，MAPbBr₃或MAPbCl₃。

本发明的有机无机杂化光电神经突触器件制备方法中，优选为，所述无机钙钛矿薄膜CsPbBr₃，CsPbCl₃或CsPbI₃。