[发明专利]一种光激发突触晶体管及制备方法

说明书

本发明涉及晶体管技术领域，尤其涉及一种光激发突触晶体管及制备方法，包括PET塑料衬底，IGZO沟道层设置在PET塑料衬底上，IGZO沟道层上为ITO电极层，ITO电极层上为Ion Gel离子凝胶栅介质层；IGZO沟道层为正方形，ITO电极层沿着IGZO沟道层的正方形的三条边设置；ITO沟道电极层向外延伸出源极、漏极和栅极，源极漏极栅极在同一平面上。本发明采用可大规模制备的喷墨打印工艺，能够大幅降低制备成本；在单一晶体管器件中实现“感算一体”双重功能，在感知环境光信息的同时，进行类神经突触计算；在工作过程中，将处理后的电学信息输出给效应器快速环境刺激反馈，实现对类人非条件反射行为的模拟。

技术领域

本发明涉及晶体管技术领域，尤其涉及一种光激发突触晶体管及制备方法。

背景技术

目前对于环境光学信息的监测，业内通常采用光学传感器进行信息采集后，所采集的模拟电学信号经模数转换器(ADC)转换为数字信号后，送至处理器进行数据处理，进而实现完整的环境光学信息探测。此类传统环境信息感知的方法，会在使用中长时间占用CPU的处理空间，从而导致输出信号时出现延时现象。所以在应用于对响应时间有严格要求的场景时，该传统的感知模式会产生严重的安全风险。

脊椎动物具备非条件神经反射功能，在感知信号从肢体感受器传递至大脑之前，先由脊髓对外界刺激做出瞬间响应。此外，大脑也能通过神经下行通路，对该反射回路进行调控，实现抑制或增强。通过借鉴上述原理制备人造神经形态器件并植入智能机器人，可解放智能提供的CPU的占用空间，并在无需处理器干预的情况，仅凭器件自身实现自发快速突发事件处置能力。

近年来，针对此类人造神经形态器件进行了初步的研究，并取得了一定的进展。比如，2019年发表在《Advanced Materials》第31卷，第1906433页的论文Environment-Adaptable Artificial Visual Perception Behaviors Using aLight-AdjustableOptoelectronic Neuromorphic Device Array，由光电探测器将环境光学信息转化后的电学信号后，交由电刺激突触晶体管进行类神经运算。但采用了将神经形态器件与光电探测器的分离式设计，该器件结构的设计易在使用中引入环境干扰，并且制备的难度和成本较大，不易于常规集成电子系统的兼容。

发明内容

针对现有传统计算系统的算法的不足问题，本发明提供一种光激发突触晶体管微纳器件，实现仿生环境光感知和类脑计算功能，减轻植入智能机械中CPU的计算负担；并采用可大规模制备的喷墨打印工艺，能够大幅降低制备成本；在单一晶体管器件中实现“感算一体”双重功能，在感知环境光信息的同时，进行类神经突触计算；并其在工作过程中，将处理后的电学信息输出给效应器从而做出快速环境刺激反馈，从而实现对类人非条件反射行为的模拟。

本发明所采用的技术方案是：一种光激发突触晶体管，包括：PET塑料衬底，IGZO沟道层设置在PET塑料衬底上，IGZO沟道层上为ITO电极层，ITO电极层上为Ion Gel离子凝胶栅介质层；IGZO沟道层设为正方形，ITO电极层沿着IGZO沟道层的正方形的三条边设置，形成三个ITO电极层；三个ITO沟道电极层分别向外延伸出源极，源极漏极栅极在同一平面，为共面结构设计。

PET塑料衬底的长宽尺寸可以为mm级；

IGZO沟道长度范围：80-100μm、宽度范围：1000-1100μm、厚度范围为：25～30nm；

ITO沟道电极层宽度范围：80-100μm、长度为1200μm、厚度范围80～100nm，ITO沟道电极层长度＝IGZO沟道宽度；

Ion Gel离子凝胶栅介质层长度为2000μm；宽度为2000μm；

源极、漏极和栅极采用共面晶体管的结构设计，相比于现有结构在器件制备过程中，可以简化制备流程；并且更适用于喷墨打印这种大规模制备工艺，可以降低生产成本，并提升器件均一化。