[发明专利]一种基于透明氧化物的光电类突触器件及其应用

说明书

本发明公开一种基于透明氧化物的光电类突触器件及其应用，属于人工神经网络技术领域，包括衬底以及所述衬底上依次叠层设置的功能层和离子发光层；所述离子发光层的两侧分别设置有金属电极，且两个所述金属电极的底部均与所述功能层的上表面相接触；所述离子发光层为钙钛矿型氧化物，所述钙钛矿型氧化物掺杂有稀土元素。本发明的光电类突触器件可以对大范围波长的光都能做出突触响应，且在较小电信号或光信号刺激下有很大的电阻，从而具有很低的功耗，且提高了光电类突触器件的稳定性和均一性。

技术领域

本发明涉及人工神经网络技术领域，尤其涉及一种基于透明氧化物的光电类突触器件及其应用。

背景技术

随着社会现代化的进步，信息化的不断提高，对信息的处理能力提出了更高的要求，虽然随着微电子器件特征尺寸的不断减小，能够去应对该要求。但是近几十年，微电子器件特征尺寸也逐渐进入了极限，而且基于传统冯·诺依曼架构的现在计算机体系，由于其计算与存储的分离，使得其处理速度受限制于数据的传输，在现有极限的水平上再较难以提升，而且其还面临功耗，非实时化计算等些许问题。

模拟人脑的类脑计算于是走进了科学家的视野，大脑以其超强的信息处理能力，以及学习能力和存储与计算并行的处理信息方式，使得其有望成为解决现代计算机所面临的瓶颈挑战的一种可能选择。神经元作为大脑的基本单元，而作为神经元之间信息传递的主体突触，便是可以同时进行信息存储与计算的基本结构，于是，模拟神经突触便成为类脑计算的重中之重。

目前，对于现有的光调控类突触器件，需要选择与突触功能层的禁带宽度能量相匹配的光，也就是需要特定波长的光，对于能量不匹配波长的光，就无法做出响应而实现突触功能，这无疑是限制了光电类突触器件的应用场景与应用范围；而且现有的光电类突触器件功耗较大，且在多次模拟突触响应时出现输出不稳定现象。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于透明氧化物的光电类突触器件。本发明通过引入离子发光层，来消除光电类突触器件只能对特定波长光响应的弊端，提高光电类突触器件的应用范围；而且使用宽带隙透明掺杂氧化物，降低了器件的功耗，提高了稳定性。

本发明的一种基于透明氧化物的光电类突触器件及其应用是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种基于透明氧化物的光电类突触器件，包括包括衬底以及所述衬底上依次叠层设置的功能层和离子发光层；

所述离子发光层的两侧分别设置有金属电极，且两个所述金属电极的底部均与所述功能层的上表面相接触；

所述离子发光层为钙钛矿型氧化物，其中，所述钙钛矿型氧化物掺杂有稀土元素。

进一步地，所述钙钛矿型氧化物为BaTiO₃或SrZrO₃。

进一步地，所述稀土元素为Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的一种或多种。

进一步地，所述离子发光层中稀土元素的掺杂摩尔百分比为0.1～1.0％。

进一步地，所述功能层为氧化镓薄膜，所述氧化镓薄膜掺杂有Cu或Al。

进一步地，所述功能层中，Cu或Al的掺杂摩尔百分数为4～6％。

进一步地，所述功能层是通过以下步骤设置在所述衬底上的：

采用磁控共溅射法，于真空下，通入氩气和氧气的混合气体，在衬底上同时溅射氧化镓以及Cu或Al，溅射5～10min，获得掺杂有Cu或Al氧化镓薄膜；

随后将掺杂有Cu或Al氧化镓薄膜在N₂氛围下进行退火处理，退火后即完成在所述衬底上设置的所述功能层。