一种声音探测器件及其制备方法

1.本发明实施例涉及微电子器件技术领域，尤其涉及一种声音探测器件及其制备方法。背景技术：2.生物听觉系统可以检测、处理和存储声音信号。目前，使用微电子器件系统模拟生物听觉系统的人工突触系统逐渐成为科研人员的研究热点。为了使微电子器件能够模拟生物的听觉，需要利用突触晶体管等微电子器件存储、处理声音信号的功能。但现有技术中仿生系统的突触晶体管大多需要外部供电，这样会增加突触晶体管等微电子器件额外的能耗。技术实现要素：3.本发明提供一种声音探测器件及其制备方法，实现了声音探测器件的自驱动设计，降低了声音探测器件的功耗。4.第一方面，本发明实施例提供了一种声音探测器件，该声音探测器件包括：5.衬底基板；6.突触晶体管，位于所述衬底基板的一侧；所述突触晶体管包括栅极、源极和漏极、位于所述栅极与所述源极和漏极之间的电荷存储层、位于所述电荷存储层与所述栅极之间的绝缘层、以及位于所述电荷存储层与源极和漏极之间的沟道层，且所述源极和所述漏极分别与所述沟道层电连接；7.纳米摩擦发电机，位于所述衬底基板的一侧；所述纳米摩擦发电机包括相对设置的正摩擦层和负摩擦层；所述正摩擦层与所述栅极电连接；所述纳米摩擦发电机用于在声波的驱动下，控制所述正摩擦层与所述负摩擦层接触或分离。8.可选的，所述电荷存储层包括电荷俘获层和隧穿层；9.所述电荷俘获层用于在所述栅极产生偏压时，向所述隧穿层提供载流子；10.所述隧穿层用于积累所述载流子，并将所述载流子存储至所述沟道层。11.可选的，所述隧穿层包括第一隧穿层和第二隧穿层；12.所述电荷俘获层设置于所述第一隧穿层和第二隧穿层之间。13.可选的，所述电荷俘获层包括二维钛化碳氮材料；所述隧穿层包括氧化钛材料。14.可选的，所述正摩擦层与所述栅极同层设置且为一体结构。15.可选的，所述纳米摩擦发电机还包括负摩擦电极；16.所述负摩擦电极与所述负摩擦层接触且位于所述负摩擦层背离所述正摩擦层的一侧。17.可选的，所述栅极、所述正摩擦层、所述源极和所述漏极的材料均包括ito材料。18.第二方面，本发明实施例还提供了一种声音探测器件的制备方法，用于制备上述第一方面所述的声音探测器件，该制备方法包括：19.提供衬底基板；20.在所述衬底基板上分别形成突触晶体管和纳米摩擦发电机；21.其中，所述突触晶体管包括栅极、源极和漏极、位于所述栅极与所述源极和漏极之间的电荷存储层、位于所述电荷存储层与所述栅极之间的绝缘层、以及位于所述电荷存储层与源极和漏极之间的沟道层，且所述源极和所述漏极分别与所述沟道层电连接；所述纳米摩擦发电机包括相对设置的正摩擦层和负摩擦层；所述正摩擦层与所述栅极电连接；所述纳米摩擦发电机用于在声波的驱动下，控制所述正摩擦层与所述负摩擦层接触或分离。22.可选的，在所述衬底基板上形成突触晶体管，包括：23.在所述衬底基板一侧形成栅极层，并对所述栅极层进行图案化，以形成所述栅极；24.在所述衬底基板的一侧形成覆盖所述栅极层的所述绝缘层；25.在所述绝缘层背离所述衬底基板的一侧旋涂所述电荷存储层的前驱体溶液，以形成所述电荷存储层；26.在所述电荷存储层背离所述衬底基板的一侧旋涂所述沟道层的前驱体溶液，以形成所述沟道层；27.在所述沟道层背离所述衬底基板的一侧旋涂所述源极和所述漏极的前驱体溶液，以形成所述源极和所述漏极。28.可选的，所述纳米摩擦发电机还包括负摩擦电极；29.在所述衬底基板上形成纳米摩擦发电机，包括：30.提供一负摩擦层；31.在所述负摩擦层的一侧旋涂所述负摩擦电极的前驱体溶液，以形成所述负摩擦电极；32.在所述衬底基板的一侧形成与所述栅极电连接的所述正摩擦层；33.将所述负摩擦层背离所述负摩擦电极的一侧放置于所述衬底基板形成有正摩擦层的一侧。34.本发明实施例中声音探测器件包括衬底基板、突触晶体管和纳米摩擦发电机；其中，突触晶体管位于衬底基板的一侧；突触晶体管包括栅极、源极和漏极、位于栅极与所述源极和漏极之间的电荷存储层、位于电荷存储层与栅极之间的绝缘层、以及位于电荷存储层与源极和漏极之间的沟道层，且源极和漏极分别与沟道层电连接；纳米摩擦发电机位于衬底基板的一侧；纳米摩擦发电机包括相对设置的正摩擦层和负摩擦层；正摩擦层与栅极电连接。本技术方案通过将突触晶体管和纳米摩擦发电机结合，这样纳米摩擦发电机在声波的驱动下，控制正摩擦层与摩擦层接触或分离以产生驱动栅极的电压，从而引发突触晶体管漏极电流变化，实现了声音探测的自驱动、存储和处理，降低了声音探测器件的功耗，以解决了现有技术中通过外接电源驱动声音探测器件，而使得声音探测器件功耗较高的技术问题。附图说明35.图1是本发明实施例提供的一种声音探测器件的俯视结构示意图；36.图2是沿图1中aa’剖面线得到的突触晶体管的剖面结构示意图；37.图3是沿图1中bb’剖面线得到的纳米摩擦发电机的剖面结构示意图；38.图4是沿图1中cc’剖面线的声音探测器件剖面结构示意图；39.图5是本发明实施例提供的一种声音探测器件的制备方法的流程图；40.图6是本发明实施例提供的另一种声音探测器件的制备方法的流程图。具体实施方式41.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。42.图1为本发明实施例提供的一种声音探测器件的俯视结构示意图，图2是沿图1中aa’剖面线得到的突触晶体管的剖面结构示意图；图3是沿图1中bb’剖面线得到的纳米摩擦发电机的剖面结构示意图；参照图1‑3，该声音探测器件包括衬底基板10；突触晶体管20，突出晶体管20位于衬底基板10的一侧；突触晶体管20包括栅极21、源极22和漏极23、位于栅极21与源极22和漏极23之间的电荷存储层24、位于电荷存储层24与栅极21之间的绝缘层25、以及位于电荷存储层24与源极22和漏极23之间的沟道层26，且源极22和漏极23分别与沟道层26电连接；纳米摩擦发电机30，位于衬底基板10的一侧；纳米摩擦发电机30包括相对设置的正摩擦层31和负摩擦层32；正摩擦层31与栅极21电连接；纳米摩擦发电机30用于在声波的驱动下，控制正摩擦层31与负摩擦层32接触或分离。43.具体的，声音探测器件中衬底基板10可以采用柔性、透明pi衬底，以起到支撑突触晶体管20和纳米摩擦发电机30的作用，使得声音探测器件可以为柔性声音探测器件；栅极21、源极22和漏极23均可以采用ito材料。电荷存储层24可以采用具有良好导电性，水溶性及高光学透明性的二维钛化碳氮材料。绝缘层25可以采用氧化铝材料，起到绝缘隔离栅极21与源极22和漏极23的作用；沟道层26可以由氧化锌锡半导体材料形成，可以做为载流子的输运通道。正摩擦层31可以采用ito材料；负摩擦层32可以采用氟化乙烯丙烯材料。其中，该声音探测器件的工作原理为：纳米摩擦发电机30在声波的驱动下，其正摩擦层31与负摩擦层32接触或分离，通过接触起电在负摩擦层32产生负电荷，正摩擦层31上产生正电荷；由于正摩擦层31与栅极21电连接，突触晶体管20的栅极21上产生电压脉冲，在电场的作用下，电荷存储层24内载流子激活并存储至沟道层26，沟道层26分别与源极22和漏极23电连接，从而引发突触晶体管20的源极22与漏极23之间的电流发生变化，实现仿生物神经突触特性，如此通过突触晶体管和纳米摩擦发电机的结合，实现了声音探测器件对声音探测的自驱动、存储和处理的功能，降低了声音探测器件的功耗。44.可选的，图4是沿图1中cc’剖面线的声音探测器件剖面结构示意图；参照图4，正摩擦层31与栅极21同层设置且为一体结构。45.其中，衬底基板10上正摩擦层31和栅极21同层设置的优势在于，纳米摩擦发电机30的正摩擦层31和突触晶体管的栅极21共用栅极层，可以减少制备的工艺流程，节省栅极21和正摩擦层31在衬底基板10的占用面积，有利于声音探测器件的轻薄化。46.可选的，继续参照图2，电荷存储层24包括电荷俘获层241和隧穿层242；电荷俘获层241用于在栅极产生偏压时，向隧穿层242提供载流子；隧穿层242用于积累载流子，并将载流子存储至沟道层26。47.其中，当纳米摩擦发电机的正摩擦层31和负摩擦层32之间在声波的驱动下接触分离在栅极21上产生偏压时，在电场的作用下，电荷俘获层241产生载流子，然后载流子通过隧穿效应通过隧穿层242存储至沟道层26；当没有声波驱动时，栅极21未产生偏压，隧穿层242可以阻挡载流子流入电荷俘获层241，保证了隧穿层242内的载流子的数量，从而起到存储电荷的作用，提高了仿生突触晶体管的非易失性。48.可选的，继续参照图2，隧穿层242包括第一隧穿层2421和第二隧穿层2422；电荷俘获层241设置于第一隧穿层2421和第二隧穿层2422之间。49.其中，电荷俘获层241产生载流子并将载流子隧穿至第一隧穿层2421和第二隧穿层2422；第一隧穿层2421和第二隧穿层2422均可以存储载流子，从而可以起到提高载流子存储的能力，提高仿生突触晶体管电荷存储能力。50.可选的，参照图3，纳米摩擦发电机30还包括负摩擦电极33；负摩擦电极33与负摩擦层31接触且位于负摩擦层32背离正摩擦层31的一侧。如此当正摩擦层31和负摩擦层32接触或分离，接触起电在正摩擦层31产生正电荷，在负摩擦层32上产生负电荷，然后通过静电感应在负摩擦电极33上感应出一定的负电荷，本发明实施例中负摩擦电极33接地，从而将负电荷及时导出；在其他实施例中，负摩擦电极33也可以通过外部电阻与正摩擦层31构成电回路，以为外部电阻提供电能。51.本发明实施例还提供了一种声音探测器件的制备方法，制备得到上述实施例提供的声音探测器件，图5是本发明实施例提供的一种声音探测器件的制备方法的流程图；如图5所示，该制备方法包括：52.s110、提供衬底基板；53.s120、在衬底基板上分别形成突触晶体管和纳米摩擦发电机；54.其中，该制备方法通过旋涂法在衬底基板一侧分别制备突触晶体管和纳米摩擦发电机。具体的，通过旋涂法分别制备得到栅极、源极和漏极、位于栅极与源极和漏极之间的电荷存储层、位于电荷存储层与栅极之间的绝缘层、以及位于电荷存储层与源极和漏极之间的沟道层；且源极和漏极分别与沟道层电连接；并通过旋涂法在衬底基板一侧分别制备相对设置的正摩擦层和负摩擦层；且正摩擦层与栅极电连接，如此纳米摩擦发电机在声波的驱动下，控制正摩擦层与负摩擦层接触或分离以产生驱动栅极的电压，从而引发突触晶体管漏极电流变化，实现了声音探测的自驱动、存储和处理，降低了声音探测器件的功耗。同时，本技术方案通过旋涂法分别制备突触晶体管和纳米摩擦发电机，整个制备工艺可在非真空条件下进行，与现有技术中通过真空镀膜技术相比，工艺简单可控，减少制备时长，实现了低成本、批量化生产。55.在上述实施例的基础上，本实施例进一步对突触晶体管和纳米摩擦发电机各膜层的制备工艺进行细化，图6是本发明实施例提供的另一种声音探测器件的制备方法的流程图；如图6所示，该制备方法包括：56.s210、提供衬底基板；57.其中，衬底基板可以为柔性、透明pi衬底。对衬底基板依次经过丙酮溶液超声20min，乙醇溶液超声20min，去离子水冲洗，然后使用氮气将衬底基板吹干以得到表面清洁的衬底基板。58.s220、在衬底基板一侧形成栅极层，并对栅极层进行图案化，以形成栅极；59.其中，通过旋涂法制备得到厚度范围为80‑100nm的栅极；具体的，首先由in(no3)3·3h2o与sncl2溶于去离子水中，超声15min后制备得到制备ito溶液；然后在衬底基板一侧提供一掩膜板，并对非掩膜板覆盖的衬底基板表面深紫外线清洗处理，使其具有亲水性，以使得后续与栅极的良好结合；接着将ito溶液滴于非掩膜板覆盖的衬底基板表面，并控制旋涂机以3000rpm的速度在空气中旋涂20s，并在空气中退火1h，在衬底基板上形成致密、均匀的图案化栅极。60.s230、在衬底基板的一侧形成覆盖栅极层的绝缘层；61.其中，通过旋涂法制备得到厚度范围为50‑70nm的绝缘层；具体的，对栅极进行深紫外线清洗处理之后，将一定质量的al(no3)3溶于去离子水中，搅拌预设时间，得到氧化铝溶液；并将氧化铝溶液滴于栅极上，控制旋涂机以4500rpm的速度在空气中旋涂40s，然后在300℃条件下退火1小时，得到均匀、致密的绝缘层。62.s240、在绝缘层背离衬底基板的一侧旋涂电荷存储层的前驱体溶液，以形成电荷存储层；63.其中，通过旋涂法制备得到厚度范围为15‑25nm的电荷存储层；具体的，对绝缘层进行深紫外线清洗处理之后，制备mxene电荷存储层的前驱体溶液；将mxene电荷存储层的前驱体溶液在空气中搅拌1h，mxene电荷存储层的前驱体溶液表面被氧化得到mxene‑tio2核壳结构分散液；将mxene‑tio2核壳结构分散液滴于绝缘层上，控制旋涂机以3000rpm的速度在空气中旋涂20s，然后在室温条件下退火30min，得到均匀、致密的电荷存储层。这里还需说明的是，mxene电荷存储层的前驱体溶液的制备过程包括以下步骤：64.a1:将一定量的氟化锂与一定质量浓度的盐酸在聚四氟烧杯中搅拌30min；65.a2：将2g max‑ti3alc2缓慢加入聚四氟烧杯中，反应温度调至35℃，持续搅拌24h，搅拌转速为400rpm；66.a3：将上述获得的液体进行离心(3500rpm，10min，均分在4个50ml离心管)；67.a4：离心后将上清液倒掉，得到沉淀物；68.a5：然后向4个离心管的沉淀物中分别加入40ml去离子水，摇动离心管使沉淀物与去离子水混合均匀；69.a6：将4个离心管放入大功率超声机(750w)中超声15min使得沉淀物与去离子水进一步混合；70.a7：超声完成后继续离心(3500rpm，10min)，重复几次，直到离心后倒出的上清液的ph值为5，并将上清液倒掉；71.a8：在上述的4个离心管的沉淀中分别加40ml乙醇，在大功率超声机(750w)中超声1.5h，离心(10000rpm，10min)后收集下层沉淀物；72.a9：在上述的4个离心管的下层沉淀中分别加入20ml去离子水，摇匀，进行超声20min后，以3500rpm离心3min，收取黑粽色上清液得到mxene电荷存储层的前驱体溶液。73.其中，mxene是一类2d金属碳化物，碳氮化物或氮化物，其基本结构由2‑5层过渡金属和碳/氮层所组成；mxene具有出色的物理和化学性质，例如金属导电性，水溶性，高光学透明性(>97％/nm)、储能，电磁屏蔽，传感器，水净化、脱盐及易氧化性等功能。一般地，在空气中，mxene纳米片的边缘和缺陷处会发生不可逆的氧化，适度的氧化形成tio2‑mxene核壳结构材料。本发明实施例中将mxene‑tio2核壳结构作为突触晶体管的电荷存储层，将mxene作为电荷俘获层与将tio2作为隧穿层，可以更好地起到电荷存储的功能。74.s250、在电荷存储层背离衬底基板的一侧旋涂沟道层的前驱体溶液，以形成沟道层；75.其中，通过旋涂法制备得到厚度范围为10‑20nm的沟道层；具体的，对电荷存储层进行深紫外线清洗处理之后，将一定质量的sncl2与一定质量的zn(no3)2溶于20ml去离子水中，并搅拌12小时制备得到zto溶液；将zto溶液滴于电荷存储层上，并控制旋涂机以5000rpm的速度在空气中旋涂30s；然后在300℃条件下退火2小时，以得到均匀、致密的沟道层。76.s260、在沟道层背离衬底基板的一侧旋涂源极和漏极的前驱体溶液，以形成源极和漏极。77.其中，通过旋涂法制备得到厚度范围为80‑100nm的源极和漏极；具体的，首先由in(no3)3·3h2o与sncl2溶于去离子水中，超声15min后制备得到ito溶液；然后在沟道层一侧提供一掩膜板，并对非掩膜板覆盖的沟道层表面深紫外线清洗处理，使其具有亲水性，以使得后续与源极和漏极的良好结合；接着将ito溶液滴于非掩膜板覆盖的沟道层表面，并控制旋涂机以3000rpm的速度在空气中旋涂20s，然后在300℃条件下退火1小时，制备得到均匀、致密的源、漏电极。这样通过旋涂法制备栅极、源极和漏极、绝缘层、电荷存储层及沟道层形成了突触晶体管。如图6所示，在制备突触晶体管的同时，制备摩擦纳米发电机；摩擦纳米发电机的制备具体包括以下步骤：78.s270、提供一负摩擦层；79.s280、在负摩擦层的一侧旋涂负摩擦电极的前驱体溶液，以形成负摩擦电极；80.其中，负摩擦层为氟化乙烯丙烯材料层(fep)，对负摩擦层表面进行深紫外清洗处理，然后旋涂法制备得到厚度范围为80‑100nm的负摩擦电极。具体的，将一定质量的in(no3)3·3h2o与一定质量的sncl2溶于20ml去离子水中，超声15min制备得到ito溶液；将ito溶液滴于fep表面上；控制旋涂机以3000rpm的速度在空气中旋涂20s，然后在300℃条件下退火1小时，制备得到致密、均匀的纳米发电机的负摩擦层电极。81.s290、在衬底基板的一侧形成与栅极电连接的正摩擦层；82.其中，通过旋涂法在衬底基板一侧得到正摩擦层，正摩擦层为ito材料。优选的，正摩擦层与步骤s220制备的栅极同层设置且为一体结构，即在突触晶体管的栅极与纳米摩擦发电机的正摩擦层在同一旋涂工艺中完成，这样简化了整个声音探测器件的制备工艺。83.s300、将负摩擦层背离负摩擦电极的一侧放置于衬底基板形成有正摩擦层的一侧。这样通过旋涂法制备得到正摩擦层、在负摩擦层一侧旋涂得到负摩擦电极形成了摩擦纳米发电机。本技术方案通过旋涂法制备得到突触晶体管各膜层以及纳米摩擦发电机各膜层；并在突触晶体管各膜层和纳米摩擦发电机各膜层制备之前，利用深紫外光清洗其待旋涂的底层以增加亲水性；同时还在突触晶体管各膜层和纳米摩擦发电机各膜层制备之后对其进行退火处理，如此在实现整个制备工艺简单可控、缩短制备时长的基础上，还实现了整个声音探测器件中各膜层成膜较高，声音探测器件可靠性较高的效果，可广泛地应用于感受器、存储器和人工智能等领域。84.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。