[发明专利]一种双层三元氧化物的光电突触器件及其制备和工作方法

说明书

本发明提供一种双层三元氧化物的光电突触器件及其制备和工作方法，器件从上至下具有透明顶电极、n型金属掺杂钛酸锶氧化物薄膜、p型铝酸铜氧化物薄膜、透明底电极的垂直四层结构；多个透明顶电极形成的阵列等距排布在器件上表面；n型金属掺杂钛酸锶氧化物薄膜和p型铝酸铜氧化物薄膜用于构建光电突触器件的功能层，透明导电薄膜作为顶电极、底电极和光窗；所述的光电突触器件不仅具有器件结构和制备工艺简单等特点，还具有响应时间短和响应电流大的优点，其宽光谱响应可以解决电激励电读取突触器件工作带宽受限的问题，有望在未来神经形态芯片以及先进智能视觉系统中获得应用。

技术领域

本发明涉及一种双层三元氧化物的光电突触器件及其制备和工作方法，属于半导体光电子器件技术领域。

背景技术

在过去的一百年内，人工视觉系统给我们的生活带来了极大的便利，其应用也越来约广泛。人类对未知领域的探索达到了前所未有的高度，在探索外界的过程中，由光电探测器和计算机组成的传统人工视觉系统发挥了重要的作用。但是随着人工智能技术、大数据和后摩尔时代的到来，基于冯诺依曼架构和Si-CMOS工艺的传统人工视觉系统将面临一些问题，如数据处理的能耗、非结构化和实时问题的解决和计算速度的提升等。这主要源于冯诺依曼架构计算机中存储单元和数据处理单元分离造成的。基于神经网络构成的人类的视觉系统具有集感知、运算和记忆于一体的特点，能够低能耗高速率的进行信息处理。因此模拟人类视觉的处理方式是构建新一代人工视觉系统，是打破冯诺依曼瓶颈的途径之一。视觉神经网络系统的基本单元是突触，具有突触功能的光电器件是构建新一代人工视觉系统的基础。近年来，已经有很多研究人员制备出许多可用于人工视觉系统的光电突触器件，其中不乏三元氧化物系列，但是这些基于三元氧化物的光电突触器件往往实现不了宽光谱、快响应的突触功能，不利于应用于新一代视觉系统对红外图像的检测和处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现宽光谱、快响应以及具有突触可塑性、经验学习和颜色识别的多项仿生视觉突触功能的双层三元氧化物的光电突触器件。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种双层三元氧化物的光电突触器件，器件从上至下具有透明顶电极1、n型金属掺杂钛酸锶氧化物薄膜2、p型铝酸铜氧化物薄膜3和透明底电极4的垂直四层结构；n型金属掺杂钛酸锶氧化物薄膜和p型铝酸铜氧化物薄膜用于构建光电突触器件的功能层；透明导电薄膜作为顶电极、底电极和光窗，多个透明顶电极形成的阵列等距排布在器件上表面；用不同能量的光信号模拟视觉突触前端的动作电位，用器件的光电流响应模拟视觉突触的后电流。

作为优选方式，光电突触器件的激励源为波长450nm～1550nm的光信号。

作为优选方式，光电突触器件的响应时间为1ms～10ms。

作为优选方式，透明顶电极和透明底电极都为透明导电薄膜，材料选自氧化铟锡ITO或氧化铟锌IZO。

作为优选方式，透明顶电极由氧化铟锡ITO靶材或氧化铟锌IZO靶材射频溅射获得，薄膜厚度为50nm～100nm。

作为优选方式，n型金属掺杂钛酸锶氧化物薄膜采用钛酸锶陶瓷靶材和金属颗粒射频共溅射的方法获得，薄膜厚度为20nm～60nm，其中金属颗粒选自铜Cu、银Ag、钌Ru其中一种；p型铝酸铜氧化物薄膜采用铝酸铜陶瓷靶材射频溅射的方法获得，薄膜厚度为30nm～80nm。