[发明专利]掺杂MXene的突触型薄膜晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种掺杂MXene的突触型薄膜晶体管，其包括自下而上依次层叠设置的栅电极、衬底、绝缘层、金属氧化物半导体层、以及源电极和漏电极，绝缘层为掺杂MXene的高介电常数材料绝缘层，相比于传统工艺制作的突触型薄膜晶体管器件，绝缘层中掺杂的MXene带来了丰富的官能团使其有很强的吸引电子的能力，从而使沟道中产生很多电子陷阱，产生了更大的回滞，从而拥有更为优秀的突触特性；绝缘层中掺杂MXene使得突触型薄膜晶体管器件有着更大的弛豫时间，传统的薄膜晶体管的弛豫时间大约为数十毫秒，而掺杂了Mxene的突触型薄膜晶体管的弛豫时间为二百至三百毫秒，与生物突触在一个数量级，因此更适合模拟生物突触。

技术领域

本发明涉及一种掺杂MXene的突触型薄膜晶体管及其制备方法，属于电子器件技术领域。

背景技术

人工突触电子器件是神经形态计算系统的重要组成部分，它可以超越冯·诺伊曼结构的限制。虽然现阶段已经提出了许多双端记忆器件用于模拟生物突触，但它们存在着一些难以解决的问题，包括非线性开关、器件高电导和写入噪声，所有这些都降低了精度和能效，使得两端记忆器件被限制在了较小的体积上。近日有人报导了使用三端晶体管作为模拟生物突触的器件，由于三端晶体管的通道电导可以通过施加正压和负压进行调节，并且不需要额外的一个脉冲来激活器件，可以十分容易的控制器件的开启与关闭，因此被认为更适合模拟生物突触。然而，很少有人专门研究如何使三端人工突触薄膜晶体管能够更真实的模拟生物突触，且寻找合适的活性层材料对人工突触薄膜晶体管进行可塑性模拟已经成为当前研究的一个重要方向，使其拥有更为优秀的突触特性，为之后更为精确的模拟突触特性打下了良好的基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂MXene的突触型薄膜晶体管，掺杂MXene的高介电常数材料作为绝缘层，增强了器件的传输特性曲线回滞和弛豫时间。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种掺杂MXene的突触型薄膜晶体管，所述掺杂MXene的突触型薄膜晶体包括自下而上依次层叠设置的栅电极、衬底、绝缘层、金属氧化物半导体层、以及源电极和漏电极，所述绝缘层为掺杂MXene的高介电常数材料绝缘层。

进一步地，所述高介电常数材料为氧化铝、氧化镓、氧化钇、氧化钕、氧化镧、氧化钪、氧化锆中的一种或两种以上的组合。

进一步地，所述金属氧化物半导体层的材料为氧化铟、氧化锌、氧化锡、锌锡氧、铟镓锌氧和铟锌氧中的一种。

本发明还提供一种掺杂MXene的突触型薄膜晶体管的制备方法，所述制备方法用以制备所述的掺杂MXene的突触型薄膜晶体管，所述制备方法包括：

S1、提供衬底，对所述衬底进行清洗；

S2、在所述衬底的一表面上制备栅电极；

S3、对所述衬底远离所述栅电极的表面进行亲水处理；

S4、利用水溶液法，在所述衬底远离所述栅电极的表面制备掺杂MXene的高介电常数材料绝缘层；

S5、在所述掺杂MXene的高介电常数材料绝缘层上制备金属氧化物半导体层；

S6、在所述金属氧化物半导体层上制备源电极和漏电极，得到掺杂MXene的突触型薄膜晶体管。

进一步地，所述掺杂MXene的高介电常数材料绝缘层的具体制备步骤为：

a1、制备MXene分散液：将MAX粉末通过氢氟酸刻蚀除掉铝，再通过多次超声、离心形成MXene分散液；

a2、制备高介电常数材料前驱体溶液，并将所述MXene分散液和高介电常数材料前驱体溶液混合得到混合液，其中，MXene浓度为1-5mg/ml；