一种柔性深紫外光电突触晶体管及其制备方法和应用

本发明涉及神经形态计算，具体涉及一种柔性深紫外光电突触晶体管及其制备方法和应用。

背景技术：

1、冯·诺依曼架构是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构，是解决复杂和结构化数学问题的计算机基础构架，但受制于存储模块与处理器物理分离的限制，这种传统架构在处理复杂计算和认知任务时面临着高能耗和低效率的瓶颈。相较之下，神经形态计算架构受到人脑的启发，能够模仿人脑的功能，可以实现高性能的数据处理和存储并行操作，特别适用于解决基于过去经验和记忆的复杂非结构化问题。突触是人脑的重要组成部分，是学习和记忆的关键结构。因此，制备具备突触功能的器件是实现神经形态计算的基础。人类从外界感知的信息中，70％以上来自于视觉，人类视觉系统中视网膜的感觉神经元不仅能够对光刺激做出反应，同时也能够对视觉信息进行暂时性的记忆和加工。因此，神经形态光电突触在模拟人类视觉方面具有极大的吸引力。

2、深紫外光电突触晶体管能够探测深紫外光，在光通信、成像、军事监视、目标探测和捕获以及导弹发射探测等领域具有广阔的应用前景。深紫外光电突触晶体管通常采用的是宽带隙半导体(例如：铟镓锌氧、氧化锌、氧化钒、氧化镓等)，其具备高的深紫外光响应度和极长的持续光电导现象，为模拟突触特性提供了可行性。然而，现有的由金属氧化物半导体制成的光电突触晶体管的电荷载流子迁移率有限，导致其响应速度慢，无法有效地响应持续时间短的微弱光脉冲，从而限制了神经形态计算系统的整体决策速度。

3、因此，开发一种具有快速响应能力的深紫外光电突触晶体管具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种柔性深紫外光电突触晶体管及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种柔性深紫外光电突触晶体管，其组成包括依次层叠设置的柔性衬底、栅介质层、有源层、源-漏电极层、疏水阻挡层和近紫外光阻挡层，还包括设置在栅介质层内部且与柔性衬底接触的栅电极；所述有源层的组成包括依次层叠设置的第一铟锡镁氧化物层、铟锡锌氧化物层和第二铟锡镁氧化物层。

4、优选地，所述第一铟锡镁氧化物层的厚度为5nm～30nm。

5、优选地，所述铟锡锌氧化物层的厚度为10nm～40nm。

6、优选地，所述第二铟锡镁氧化物层的厚度为5nm～30nm。

7、优选地，所述柔性衬底为柔性聚酰亚胺(pi)衬底、柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)衬底、柔性聚醚衬底中的一种。

8、优选地，所述栅介质层的组成成分为氧化铝钕、氧化铝、二氧化硅、氧化锆中的一种。

9、优选地，所述栅介质层的厚度为100nm～300nm。

10、优选地，所述栅电极的组成成分为al、nd中的至少一种。

11、优选地，所述栅电极的厚度为80nm～120nm。

12、优选地，所述源-漏电极层中的源电极为ito电极、al电极、cu电极、au电极中的一种。

13、优选地，所述源-漏电极层中的漏电极为ito电极、al电极、cu电极、au电极中的一种。

14、优选地，所述疏水阻挡层的组成成分为正辛基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷中的至少一种。

15、优选地，所述疏水阻挡层的厚度为2nm～10nm。

16、优选地，所述近紫外光阻挡层的组成包括光学透明的有机硅树脂和近紫外光吸收剂。

17、优选地，所述光学透明的有机硅树脂、近紫外光吸收剂的质量比为1:0.05～0.25。

18、优选地，所述光学透明的有机硅树脂为迈图的tse399-c、瓦克化学的lumisillr7600中的至少一种。

19、优选地，所述近紫外光吸收剂为二乙氨基羟苯甲酰基苯甲酸己酯。

20、进一步优选地，所述近紫外光吸收剂为紫外光吸收剂dhhb(主要成分为二乙氨基羟苯甲酰基苯甲酸己酯)。

21、优选地，所述近紫外光阻挡层的厚度为100nm～600nm。

22、一种如上所述的柔性深紫外光电突触晶体管的制备方法包括以下步骤：

23、1)在柔性衬底的单面依次沉积栅电极和栅介质层；

24、2)在栅介质层表面依次沉积铟锡镁氧化物层、铟锡锌氧化物层和铟锡镁氧化物层，形成有源层；

25、3)在有源层表面沉积源电极和漏电极，形成源-漏电极层；

26、4)将步骤3)得到器件置于含疏水性物质的气氛中，形成疏水阻挡层；

27、5)在疏水阻挡层表面覆盖近紫外光阻挡材料，形成近紫外光阻挡层，即得柔性深紫外光电突触晶体管。

28、一种阵列基板，其包含上述柔性深紫外光电突触晶体管。

29、一种神经形态计算机，其包含上述柔性深紫外光电突触晶体管。

30、本发明的有益效果是：本发明的柔性深紫外光电突触晶体管具有响应速度快、柔韧性好、性能稳定等优点，其可以提高神经形态计算系统的整体决策速度，适合在神经形态计算领域进行大规模应用。

31、具体来说：

32、1)本发明的柔性深紫外光电突触晶体管采用了三明治结构的氧化物半导体有源层，其中包括具有不同禁带宽度及不同功函数的两种氧化物半导体层，可以使产生的光电子能够在垂直栅极电场的作用下快速传输至集电极，这种设计利用了导带偏移效应，使得光电子从铟锡锌氧化物层转移到铟锡镁氧化物层的过程中不受正电中心的散射影响，从而实现了快速大电流的传输，因此能够实现快速响应，特别是在较高频率光照条件下，此外，利用氧化物半导体所特有的持续光电导现象以及铟锡锌氧化物层和铟锡镁氧化物层之间界面引入的载流子捕获效应，可以在较短光照时间或较弱光照强度的条件下模拟多种突触可塑性；最后，由于有源层具有较高的薄膜质量和合适的氧空位浓度，使得柔性深紫外光电突触晶体管兼具其它柔性深紫外光电突触晶体管难以具备的优异电学特性，具备更加广阔的应用前景；

33、2)本发明的柔性深紫外光电突触晶体管设置有近紫外光阻挡层，其能够有效降低环境中的近紫外光对深紫外光电突触晶体管造成的干扰，从而可以提高神经形态计算系统的信噪比，使得系统的性能更加稳定可靠；

34、3)本发明利用氧化物半导体所特有的持续光电导现象使柔性深紫外光电突触晶体管具备光电记忆特性，能够模拟多种突触可塑性，使得柔性深紫外光电突触晶体管在神经形态计算系统中具有更加灵活的应用；

35、4)本发明的柔性深紫外光电突触晶体管采用柔性衬底，使得柔性深紫外光电突触晶体管能够灵活地应用于各种不规则曲面，拓宽了其在实际应用中的适用范围。

技术特征：

1.一种柔性深紫外光电突触晶体管，其特征在于，组成包括依次层叠设置的柔性衬底、栅介质层、有源层、源-漏电极层、疏水阻挡层和近紫外光阻挡层，还包括设置在栅介质层内部且与柔性衬底接触的栅电极；所述有源层的组成包括依次层叠设置的第一铟锡镁氧化物层、铟锡锌氧化物层和第二铟锡镁氧化物层。

2.根据权利要求1所述的柔性深紫外光电突触晶体管，其特征在于：所述第一铟锡镁氧化物层的厚度为5nm～30nm；所述铟锡锌氧化物层的厚度为10nm～40nm；所述第二铟锡镁氧化物层的厚度为5nm～30nm。

3.根据权利要求1或2所述的柔性深紫外光电突触晶体管，其特征在于：所述柔性衬底为柔性聚酰亚胺衬底、柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、柔性聚醚衬底中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的柔性深紫外光电突触晶体管，其特征在于：所述栅介质层的组成成分为氧化铝钕、氧化铝、二氧化硅、氧化锆中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的柔性深紫外光电突触晶体管，其特征在于：所述栅电极的组成成分为al、nd中的至少一种；所述源-漏电极层中的源电极为ito电极、al电极、cu电极、au电极中的一种；所述源-漏电极层中的漏电极为ito电极、al电极、cu电极、au电极中的一种。

6.根据权利要求1或2所述的柔性深紫外光电突触晶体管，其特征在于：所述疏水阻挡层的组成成分为正辛基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的柔性深紫外光电突触晶体管，其特征在于：所述近紫外光阻挡层的组成包括光学透明的有机硅树脂和近紫外光吸收剂。

8.一种如权利要求1～7中任意一项所述的柔性深紫外光电突触晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种阵列基板，其特征在于，包含权利要求1～7中任意一项所述的柔性深紫外光电突触晶体管。

10.一种神经形态计算机，其特征在于，包含权利要求1～7中任意一项所述的柔性深紫外光电突触晶体管。

技术总结本发明公开了一种柔性深紫外光电突触晶体管及其制备方法和应用。本发明的柔性深紫外光电突触晶体管的组成包括依次层叠设置的柔性衬底、栅介质层、有源层、源‑漏电极层、疏水阻挡层和近紫外光阻挡层，还包括设置在栅介质层内部且与柔性衬底接触的栅电极，有源层的组成包括依次层叠设置的第一铟锡镁氧化物层、铟锡锌氧化物层和第二铟锡镁氧化物层。本发明的柔性深紫外光电突触晶体管具有响应速度快、柔韧性好、性能稳定等优点，其可以提高神经形态计算系统的整体决策速度，适合在神经形态计算领域进行大规模应用。技术研发人员：陈荣盛,林德朗受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25