一种基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件
本发明涉及晶体管器件，尤其涉及的是一种基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件。
背景技术：
1、当前计算机主要是基于冯·诺依曼架构，其信息处理单元和存储单元是物理分离的，数据的处理和存储需要通过总线不停在二者之间传输，不仅费时而且耗能。鉴于人脑可以大规模、并行、分布式的存储和处理各种神经信息，如果可以开发一种新型类脑电子器件，能够像人脑一般实现信息存储和运算一体化(简称存算一体)，便可从根本上解决“冯·诺依曼瓶颈”和“内存墙”的限制。
2、然而人脑是有1011个神经元和1015个突触连接而成的神经网络，实现理想硬件支持的神经网络严重依赖具有各种忆阻特性的神经形态设备(包括人造突触器件和人造神经元器件)。比如脉冲神经网络(snn)是由具有易失性的神经元组成，用于将模拟输入信号编码成脉冲电位序列，并通过具有非易失特性的突触进行传递。所以当前硬件支持的神经网络芯片均是由具有非易失特性的人工突触单元和具有易失特性的神经元单元串联组成。然而由于人工突触和神经元器件所需材料、器件结构和制备工艺均不兼容，直接阻碍了在单个芯片电路上集成人工突触和神经元，严重影响类脑神经形态芯片的功耗和集成度。现有技术中，当前研究方向也是将人造突触器件和神经元器件分开研究，严重割裂类脑神经形态芯片的整体化和集成化。为了从根本上解决影响类脑神经形态芯片功耗和集成度的问题，实现彻底的存算一体，开发可重构神经形态器件便成为当前当务之急。可重构神经形态器件主要是指在同一器件中通过不同的操作模式，可以分别实现突触功能和神经元功能，最终使人工突触和神经元器件集成在单一芯片上。
3、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，旨在解决现有技术中信息存储和运算无法一体化集成在同一器件上而导致的功耗高的问题。
2、本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
3、一种基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其中，包括：依次设置的栅极层、栅介质层、二维α-in2se3铁电半导体沟道层以及源漏电极层；
4、其中，所述二维α-in2se3铁电半导体沟道层的厚度为10～30nm；
5、所述二维α-in2se3铁电半导体沟道层的沟道长度小于2μm。
6、所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其中，所述栅极层的栅极电压调整所述二维α-in2se3铁电半导体沟道层的面外极化强度，以模拟突触；
7、所述源漏电极层的漏极施加脉冲电压调整所述二维α-in2se3铁电半导体沟道层的面内极化强度，以模拟神经元。
8、所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其中，所述源漏电极层的源极为金铬双层金属电极；
9、所述源漏电极层的源极的厚度为10nm～50nm。
10、所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其中，所述源漏电极层的漏极为金铬双层金属电极；
11、所述源漏电极层的漏极的厚度为10nm～50nm。
12、所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其中，所述二维α-in2se3铁电半导体沟道层的沟道长度为1～2μm。
13、所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其中，所述栅极层为重掺杂多晶硅栅极；所述栅介质层为表面100纳米二氧化硅层。
14、所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其中，所述栅极层为氧化铟锡薄膜层，所述栅介质层为三氧化二铝层或二氧化铪层，所述栅介质层的厚度为20～40nm；所述栅极层背离所述栅介质层的一侧设置有柔性材料层。
15、所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其中，所述柔性材料层选自聚酰亚胺层或聚对苯二甲酸乙二醇酯层。
16、一种如上任意一项所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件的制备方法，其中，包括以下步骤：
17、提供覆盖有栅介质层的栅极层；
18、采用化学气相沉积法制备二维α-in2se3铁电半导体沟道层；
19、将所述二维α-in2se3铁电半导体沟道层转移至覆盖有栅介质层的栅极层的栅介质层上；
20、在所述二维α-in2se3铁电半导体沟道层上制备源漏电极层。
21、所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件的制备方法，其中，所述源漏电极层采用电子束曝光法或热蒸镀法制备。
22、有益效果：利用二维α-in2se3铁电材料面内面外铁电极化耦合效应，通过面外极化效应，利用栅极调控作用实现非易失性突触功能的模拟；同时利用面内面外极化耦合效应，通过栅压控制面外极化方向向上，基于两端横向忆阻器，通过漏极改变α-in2se3铁电面内极化强度，最终影响面外极化方向，实现具有易失特性的神经元功能。最终实现可重构的神经形态器件的开发，可重构的神经形态器件的集成度高且能耗低。
技术特征：
1.一种基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其特征在于，包括：依次设置的栅极层、栅介质层、二维α-in2se3铁电半导体沟道层以及源漏电极层；
2.根据权利要求1所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其特征在于，所述栅极层的栅极电压调整所述二维α-in2se3铁电半导体沟道层的面外极化强度，以模拟突触；
3.根据权利要求1所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其特征在于，所述源漏电极层的源极为金铬双层金属电极；
4.根据权利要求1所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其特征在于，所述源漏电极层的漏极为金铬双层金属电极；
5.根据权利要求1所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其特征在于，所述二维α-in2se3铁电半导体沟道层的沟道长度为1～2μm。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其特征在于，所述栅极层为重掺杂多晶硅栅极；所述栅介质层为表面100纳米二氧化硅层。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其特征在于，所述栅极层为氧化铟锡薄膜层，所述栅介质层为三氧化二铝层或二氧化铪层，所述栅介质层的厚度为20～40nm；所述栅极层背离所述栅介质层的一侧设置有柔性材料层。
8.根据权利要求7所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，其特征在于，所述柔性材料层选自聚酰亚胺层或聚对苯二甲酸乙二醇酯层。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件的制备方法，其特征在于，所述源漏电极层采用电子束曝光法或热蒸镀法制备。
技术总结
本发明公开了一种基于二维铁电场效应晶体管可重构神经形态器件，包括：依次设置的栅极层、栅介质层、二维α‑In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;铁电半导体沟道层以及源漏电极层；二维α‑In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;铁电半导体沟道层的厚度为10～30nm，沟道长度小于2μm。利用二维α‑In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;铁电材料面内面外铁电极化耦合效应，通过面外极化效应，利用栅极调控作用实现非易失性突触功能的模拟；利用面内面外极化耦合效应，通过栅压控制面外极化方向向上，基于两端横向忆阻器，通过漏极改变α‑In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;铁电面内极化强度，最终影响面外极化方向，实现具有易失特性的神经元功能。最终实现可重构的神经形态器件的开发，可重构的神经形态器件的集成度高且能耗低。
技术研发人员：韩素婷,翟永彪,胡嘉慧,吕子玉,陈培杰
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23