[发明专利]一种多端仿树突型神经形态器件及其制备方法

说明书

本发明公开一种多端仿树突型神经形态器件及其制备方法。该多端仿树突型神经形态器件包括：衬底；二维半导体材料，形成在所述衬底上，作为沟道；源电极和漏电极形成在所述二维半导体材料两侧；铪基铁电薄膜，覆盖上述结构；离子栅介质层，形成在所述铪基铁电薄膜上，位于所述沟道区的上方；多端顶栅，形成在所述离子栅介质层上，通过先后对多端顶栅施加不同时间、空间序列的电学脉冲刺激，获得时空影响下的树突器件的神经突触可塑性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种多端仿树突型神经形态器件及其制备方法。

背景技术

人脑中包含有10¹¹个神经元，并且每个神经元通过超过1000个神经突触与相连神经元进行连接，构成复杂的神经网络。组成于多端结构的树突作为神经网络中关键的元素，在时空序列信息的处理过程中极大程度地提高了系统的计算效率。仅仅消耗20W的能耗，人脑就可以处理各式各样的信息并完成记忆等任务，为电子处理系统提供了新的发展思路。

铁电突触晶体管具有典型的三端结构，利用栅极可以施加突触前端刺激，利用漏极可以记录突触后电流响应，展现出优异的稳定性、低操作电压、低功耗、高耐久性等优势，具有应用于神经形态计算的潜力。

发明内容

本发明公开一种多端仿树突型神经形态器件，包括：衬底；二维半导体材料，形成在所述衬底上，作为沟道；源电极和漏电极形成在所述二维半导体材料两侧；铪基铁电薄膜，覆盖上述结构；离子栅介质层，形成在所述铪基铁电薄膜上，位于所述沟道区的上方；多端顶栅，形成在所述离子栅介质层上，通过先后对多端顶栅施加不同时间、空间序列的电学脉冲刺激，获得时空影响下的树突器件的神经突触可塑性。

本发明的多端仿树突型神经形态器件中，优选为，所述二维半导体材料为MoS₂，WS₂，ReS₂，MoSe₂，MoTe₂，WSe₂。

本发明的多端仿树突型神经形态器件中，优选为，所述铪基铁电薄膜为HfLaOx，HfAlOx，HfSiOx，HfZrOx。

本发明的多端仿树突型神经形态器件中，优选为，所述离子栅介质层为LiClO₄，NaClO₄。

本发明的多端仿树突型神经形态器件中，优选为，所述多端顶栅为四个，四个电极两两相对，彼此分隔，整体呈十字状排列。

本发明还公开一种多端仿树突型神经形态器件制备方法，包括以下步骤：在所述衬底上形成二维半导体材料，作为沟道；在所述二维半导体材料两侧形成源电极和漏电极；形成铪基铁电薄膜，使其覆盖上述结构，在氮气氛围下进行快速热退火，使之具有铁电性；在所述铪基铁电薄膜上，所述沟道区的上方形成离子栅介质层；在所述离子栅介质层上形成多端顶栅，通过先后对多端顶栅施加不同时间、空间序列的电学脉冲刺激，获得时空影响下的树突器件的神经突触可塑性。

本发明的多端仿树突型神经形态器件制备方法中，优选为，所述二维半导体材料为MoS₂，WS₂，ReS₂，MoSe₂，MoTe₂，WSe₂。

本发明的多端仿树突型神经形态器件制备方法中，优选为，所述铪基铁电薄膜为HfLaOx，HfAlOx，HfSiOx，HfZrOx。

本发明的多端仿树突型神经形态器件制备方法中，优选为，所述离子栅介质层为LiClO₄，NaClO₄。

本发明的多端仿树突型神经形态器件制备方法中，优选为，所述快速热退火的温度为60℃～120℃，时间为20s～120s。

有益效果：