[发明专利]一种基于聚噻吩的电池型电化学突触晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于聚噻吩的电池型电化学突触晶体管及其制备方法，属于有机半导体材料及器件技术领域。所述电池型电化学晶体管是以电化学晶体管及其双电层效应为基础，结合双离子电池的可逆氧化还原机理，以神经生物学中经典的Hodgkin‑Huxley模型为指导，在传统P型电化学晶体管基础上引入了N型聚合物半导体层，从而极大地稳定了P型聚合物中阴离子的掺杂浓度，同时也成功解决了由于载流子复合带来的导电态不稳定等诸多问题。该电池型器件在实现了稳定的阴/阳离子存储界面构筑的同时，阳离子存储层/电解质层/阴离子存储层分别对生物突触的三部分——突触前神经元/突触间隙/突触后神经元实现了深度模拟。

技术领域

本发明属于有机半导体材料及器件技术领域，具体涉及一种基于聚噻吩的电池型电化学突触晶体管及其制备方法。

背景技术

近年来，随着信息技术的飞速发展，基于传统冯·诺依曼架构的计算机网络已难以满足信息处理的需求。而类脑计算作为一种新型计算架构，其通过借助可集存算于一体的神经形态器件对生物神经网络的模拟，有望从硬件上实现对生物神经网络的模拟，进而有望从根本上颠覆经典的计算策略，实现高度并行、低功耗、高度集成且可高通量制备的信息处理平台，进一步满足未来分布式计算及人工智能深度发展的需求。

在神经形态计算系统中，理想的人工突触器件需具有低功耗、电导态连续可调、稳定性和耐久性良好等特点。在基于众多机制构建的神经形态器件中，有机电化学突触晶体管(OECT)因独特的离子-电子耦合调制过程与生物突触中离子的动态变化过程极其类似而受到研究者们的广泛关注。而在目前的研究中，离子扩散、迁移和载流子的界面复合使得栅极前突触/电解质界面双电层的电荷状态无法长期维持，这也直接导致了突触器件较短的态保留时间及信息的无法稳定存储。因此，如何设计一种突触晶体管使其兼具优异的电化学离子存储性能和突触可塑性是目前类突触器件发展中的核心挑战。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于聚噻吩的电池型电化学突触晶体管，通过在栅极引入可进行阳离子存储的N型有机半导体搭建电池型电化学突触晶体管，利用电解质/栅极前突触界面处的阳离子存储耦合P型半导体中的阴离子存储构筑双离子电池，进而稳定了沟道内空穴载流子浓度，解决了电荷不易存储、栅极/电解质界面处的载流子复合等问题。该器件表现出了优异的离子响应行为和突触可塑性，实现了对生物突触的前后神经元、突触间隙及其界面结构的深度模拟。

技术方案

一种基于聚噻吩的电池型电化学突触晶体管，其特征在于包括阴离子存储层、电解质层、阳离子存储层、源电极、漏电极和栅电极；所述阴离子存储层所用材料为P型聚噻吩半导体，即主链包含噻吩单元的共轭聚合物；所述阳离子存储层所用材料为可存储阳离子的有机半导体材料，包括但不限于多羰基化合物；所述电解质层所用材料为可为器件正常运行提供充足阴/阳离子的聚合物，由电解质盐、溶剂和凝胶聚合物组成，包括但不限于液态或凝胶电解质。

优选地：所述的主链包含噻吩单元的共轭聚合物，包括但不限于聚3,3”’-二烷基四噻吩(PQT-12)、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)、聚[2,5-双(3-十二烷基噻吩-2-基)噻吩[3,2-B]噻吩(PBTTT-C12)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-交替-(2,2'-联二噻吩-5,5'-二基)](F8T2)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-交替-(2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基)](F8BT)、聚[(并二噻吩)-交替-(2,5-二(2-辛基十二烷基)-3,6-二(噻吩基)-吡咯并吡咯二酮)](DPP-DTT)、聚[2,5-二(2-辛基十二烷基)吡咯[3,4-c]并吡咯-1,4(2H,5H)-二酮-3,6-基)-交替-(2,2’；5’,2”,5”,2”’-四噻吩-5,5”’-基)](PDPP4T)。