[发明专利]一种基于三维突触的人工环路模体结构及其制备方法

权利要求书

1.一种基于三维突触器件的神经环路模体结构，其特征为该结构上可分为上、中、下三层；底层包括：衬底，衬底上分布有第二金属氧化物掺杂纳米线；L形的第一源极和第一漏极的竖边分列第二金属氧化物掺杂纳米线的两侧，底边相背、平行，并垂直于纳米线；

中层为离子胶栅介质层，覆盖在底层上；

上层包括L形顶部源级、第一金属氧化物掺杂纳米线、L形顶部漏级；其中，顶部第一金属氧化物掺杂纳米线的投影位置与底层的第二金属氧化物掺杂纳米线呈60～90°夹角；“L型”的第二源极和第二漏极相向而置，形成“口字形”，并且两条底边平行，并分别垂直于第一金属氧化物掺杂纳米线；

所述的人工神经元传出端与离子胶栅介质层相连，构成人工神经元栅极，传入端与L形顶部漏级相连；

其中，所述的纳米线半导体为掺杂有金属氧化物纳米颗粒的聚3-己烷噻吩，其直径为100nm～500nm；掺杂量为0～20％；

其中，所述的离子胶栅介质层为含有1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺的聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物，厚度为0.5～3mm；质量比为，1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺：聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物＝2～5：1。

2.如权利要求1所述的基于三维突触器件的神经环路模体结构，其特征为源极和漏极的材质为金属，具体为金或铂；其厚度为80～100nm；

所述的人工神经元为泄露-集成-激发(Leaky Intergrate and Fired Model)电路；

所述的衬底材质为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；

所述的金属氧化物氧化锌或氧化钨。

3.如权利要求1所述的基于三维突触器件的神经环路模体结构，其特征为纳米线半导体掺杂有金属氧化物的掺杂量为0或0.05％～20％。

4.如权利要求所述的基于人工突触器件的神经环路模体结构的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：

1)清洗、吹干衬底；

2)将聚3-己烷噻吩与金属氧化物纳米颗粒，以及聚环氧乙烷按照质量比(9.95～8):(2～0.05)：(4～5)混合后，加入到三氯乙烯和氯苯组成的质量比为4:6～9的混合溶液中，固体溶质质量分数在4.5％～6.5％之间，组成前驱体溶液；

其中，所述的金属氧化物纳米颗粒为氧化锌或氧化钨；

3)将前驱体溶液灌装如打印喷头后，利用近场电动力学打印的方式得到纳米线半导体，其中设置驱动电压为2～3kV,喷射速度为100～200nl/min，喷头到PET衬底的距离为2～4mm，得到单根底部纳米线半导体；

4)利用掩模板蒸镀，在3)中所述的附着有底部纳米线半导体的PET衬底上蒸镀单沟道电极，沟道宽度在50～200μm之间，厚度为80～100nm；

5)将聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物和1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺离子液体溶解在乙酸乙酯中，各组分质量比为：0.7～0.8:9.3～9.2:90；在硅片上通过滴铸形成厚度为0.5～3mm的离子凝胶栅介质层；

6)将5)中所述的离子凝胶栅介质，利用3)中所述打印参数，在其上表面打印纳米线半导体，通过控制驱动电压，得到的顶部纳米线；

7)通过如4)中所述方法、参数，在顶部纳米线上蒸镀顶部电极；

8)将7)中蒸镀后的含有顶部纳米线半导体的离子凝胶栅介质层利用自制的滚珠-丝杠定向转移器转移到4)中所述的蒸镀后的附着有底部纳米线半导体的PET衬底上，使得两处纳米线呈60～90°夹角；

9)将神经元电路的输入端与顶部漏级连接，将神经元的输出端与栅介质底端连接，获得基于人工突触器件的神经环路模体结构。