《基於柔性氧化物雙電層電晶體的人造突觸器件》是依託寧波大學，由周菊枚擔任負責人的國家自然科學基金資助青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於柔性氧化物雙電層電晶體的人造突觸器件
- 依託單位：寧波大學
- 項目負責人：周菊枚
- 項目類別：青年科學基金項目
項目簡介,結題摘要,
項目簡介
人造突觸器件可為神經形態系統的開發提供全新的技術途徑，成為智慧型信息器件領域的研究熱點，同時柔性化是信息器件主要發展趨勢。然而，常規電子器件不適於模擬突觸行為，且其製備過程不能滿足柔性電子低溫工藝。本項目擬在柔性塑膠襯底上，以旋塗工藝製備的殼聚糖電解質膜作為柵介質，結合室溫磁控濺射技術，單步掩模法製備具有共平面側柵結構的多側柵銦鎵鋅複合氧化物（IGZO）薄膜電晶體，並模擬生物突觸行為。研究柔性側柵IGZO薄膜電晶體的電學特性及殼聚糖膜側向電容、器件彎曲應力等對其的影響，揭示柔性側柵氧化物電晶體的工作機理。期望獲得工作電壓小於2V，開關比大於10^6，彎曲穩定性好的柔性氧化物雙電層電晶體。提出一套合適的測試方法，實現對突觸雙脈衝易化、記憶、學習和時空信息整合等行為的模擬，闡明基於側向質子雙電層調控的突觸行為仿生工作機理。本項目的研究將為柔性低功耗新型突觸電子器件的研製提供初步材料和器件基礎。
結題摘要
探究場效應電晶體中電子、光子和離子耦合原理及其在突觸電子器件的套用成了幾年來最為關注的課題之一。本項目採用殼聚糖作為柵介質，製備了柔性氧化物雙電層電晶體，實現了對突觸雙脈衝易化、記憶學習和時空信息整合等行為的模擬。揭示了柔性雙電層電晶體中柵介質、半導體溝道中的電子、光子和離子耦合機理。首先，在柔性塑膠襯底上，以殼聚糖電解質膜為柵介質，製備了共平面側柵結構的多側柵氧化物雙電層電晶體。殼聚糖側向電容隨著頻率下降不斷增大，在0.1 Hz頻率，電容達到~2.3 μF/cm2。而且平行電極間的距離對電容曲線基本無影響。無底下導電層的側柵雙電層電晶體的電流開關比接近10^7，工作電壓小於2.0V。這類側柵雙電層電晶體工作機理是柵介質中離子在側向電場作用下直接遷移到溝道/電解質界面形成雙電層電容，對溝道電子具有很強的調控作用。其次，基於上述雙電層電晶體模擬了興奮性突觸基本特性，如EPSC、PPF、LTP、時空信息整合等，以及抑制性突觸行為和光回響學習記憶功能。側柵電極施加(1.0 V, 50 ms) 的前突觸脈衝，後突觸溝道電流回響過程類似於生物突觸的EPSC；施加一對雙脈衝時，後一脈衝引起的EPSC幅值大於前一脈衝引起的EPSC幅值；施加一連串的大電壓脈衝刺激，EPSC幅值隨著刺激個數的增加而增加，撤去脈衝柵壓後，EPSC並未衰減回初始值。將柵極和源極短路接地，給漏電極施加興奮性脈衝刺激後，漏電流反而下降，類似於IPSC。在紫外光照下，後一周期的Iphoto生長高於前一周期，說明光回響電晶體具有學習記憶能力。最後，建立了具有普適性的雙電層電晶體柵介質/半導體溝道中的電子、光子和離子耦合機理及其模擬生物突觸特性的緩慢極化和電化學反應工作機理模型。並驗證了彎曲、機械應力對柔性雙電層電晶體特性和突觸特性基本無影響。柔性氧化物雙電層電晶體具有低功耗、柔性彎曲特性好，有望用於柔性穿戴電子，柔性感測等；基於柔性氧化物雙電層電晶體模擬神經突觸行為，為柔性低功耗新型突觸電子器件的研製提供必要的實驗依據和器件基礎。
