本發(fā)明屬于仿生電子信息，具體涉及一種基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、視覺知覺是人類及其他脊椎動物的關(guān)鍵感覺機制，它為大腦處理提供了超過80％的環(huán)境信息。隨著感官功能與人工智能系統(tǒng)的快速發(fā)展，對能夠模擬生物視覺感知的電子元件的需求日益增加。特別是，這些設(shè)備需要能夠通過動態(tài)調(diào)節(jié)電流信號來適應(yīng)波動的環(huán)境光強，從而維持清晰且一致的成像狀態(tài)，這一能力對于視覺系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的。然而，傳統(tǒng)電子元件在設(shè)計上往往因復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)和算法而導(dǎo)致功耗增加和效率降低。

2、近年來，基于低維材料的單器件結(jié)構(gòu)的人工自適應(yīng)系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。例如，基于雙層二硫化鉬的光電晶體管的仿生視覺傳感器，通過有意在mos2表面引入電荷阱狀態(tài)，這些陷阱態(tài)能夠存儲光信息，并在不同的柵極電壓下，可以捕獲或去除溝道中的電子，從而動態(tài)調(diào)節(jié)器件的電導(dǎo)率，實現(xiàn)了對不同光條件下光敏度的動態(tài)調(diào)制。同時，利用cspb(br1-xix)3鈣鈦礦的光誘導(dǎo)相分離，制備的基于鈣鈦礦與mos2異質(zhì)結(jié)，在可見光的照射下的相分離導(dǎo)致i和br分離成富碘和富溴的獨立疇，顯著改變了光電晶體管中的光電流，從而實現(xiàn)模擬人類感官適應(yīng)過程。盡管如此，目前尚未有基于光熱電材料的簡單雙端晶體管器件用于模擬人類視覺自適應(yīng)識別的報道。

3、綜上所述，開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單且工作原理直觀的仿生視覺自適應(yīng)識別傳感器，不僅可以為視覺自適應(yīng)研究提供新的視角，也對未來人工智能視覺系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器及其制備方法，實現(xiàn)了光強視覺自適應(yīng)調(diào)制和寬光譜的響應(yīng)范圍。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供了一種基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器，包括襯底、介質(zhì)層、半導(dǎo)體溝道層、源極與漏極；

4、所述介質(zhì)層形成于襯底上，所述源極與漏極位于介質(zhì)層上且分別分布在介質(zhì)層的兩端，所述半導(dǎo)體溝道層位于所述源極與漏極之間；

5、所述半導(dǎo)體溝道層采用準(zhǔn)一維光熱電材料nb3se12i晶體制成。

6、在一實施方式中，所述襯底為硅基襯底、砷化鎵襯底和碳化硅襯底中的任意一種；

7、所述介質(zhì)層為三氧化二鋁、二氧化鉿和二氧化硅中的任意一種。

8、在一實施方式中，所述介質(zhì)層的厚度為285nm。

9、在一實施方式中，所述源極與漏極均由鎘層和金層構(gòu)成。

10、在一實施方式中，所述鎘層厚度為5～10nm，所述金層的厚度為60～100nm。

11、本發(fā)明還提供了一種基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器的制備方法，包括以下步驟：

12、s1：按照nb3se12i晶體中各元素的化學(xué)計量比取nb粉、se粉和i2晶體作為原料，通過化學(xué)氣相傳輸法合成光熱電材料nb3se12i晶體；

13、s2：在襯底上形成介質(zhì)層，獲得具有介質(zhì)層的襯底；

14、s3：采用光熱電材料nb3se12i晶體制備半導(dǎo)體溝道層，形成具有半導(dǎo)體溝道層與介質(zhì)層的襯底；

15、s4：在具有半導(dǎo)體溝道層與介質(zhì)層的襯底上旋涂光刻膠，后依次采用無掩膜光刻技術(shù)、電阻式熱蒸發(fā)技術(shù)以及半導(dǎo)體的剝離工藝在具有半導(dǎo)體溝道層與介質(zhì)層的襯底的兩端分別形成源極與漏極，獲得基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器。

16、在一實施方式中，所述s1中，所述化學(xué)氣相傳輸法的工藝參數(shù)，如下：

17、傳輸劑為i2；傳輸劑的含量為2mg/cm3；

18、蒸發(fā)端的溫度為600℃，生長端的溫度為480℃，生長的時間為14天，升溫速率為1～2℃/min。

19、在一實施方式中，所述s3中，所述采用光熱電材料nb3se12i晶體合成具有半導(dǎo)體溝道層與介質(zhì)層的襯底的過程，如下：

20、將光熱電材料nb3se12i晶體置于膠帶上，通過多次對折與揭開操作，對光熱電材料nb3se12i晶體進(jìn)行剝離，將剝離后的光熱電材料nb3se12i晶體附著在具有介質(zhì)層的襯底上，獲得具有半導(dǎo)體溝道層與介質(zhì)層的襯底。

21、在一實施方式中，所述s4中，所述旋涂光刻膠的過程包括依次進(jìn)行的低速旋涂和高速旋涂；所述低速旋涂的工藝條件為500rmp/5s，所述高速旋涂的工藝條件為3000rmp/30s。

22、在一實施方式中，所述s4中，所述源極與漏極均由鎘層和金層構(gòu)成；

23、所述電阻式熱蒸發(fā)技術(shù)的工藝參數(shù)，如下：

24、所述鎘層的蒸鍍速率為所述金層的蒸鍍速率為蒸鍍腔室內(nèi)的真空度保持在5×10-5pa～5×10-4pa。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

26、本發(fā)明提供了一種基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器，利用的光熱電材料的熱電特性以及輻射熱特性的協(xié)同作用，實現(xiàn)了寬光譜的仿生自適應(yīng)視覺傳感。相對于其他依靠離子調(diào)制的仿生自適應(yīng)視覺傳感器，該傳感器具有調(diào)節(jié)機制簡單，動態(tài)調(diào)節(jié)時間短，可探測光譜范圍廣的特點，這對于未來在人工智能視覺系統(tǒng)中的應(yīng)用是至關(guān)重要的。該傳感器能夠根據(jù)不同光照強度顯示出不同的電流響應(yīng)行為，在低光照環(huán)境中，電流維持恒定，模仿人眼在柔和光線下的行為；在明亮環(huán)境中，電流首先上升后緩慢穩(wěn)定在較高水平，類似人眼在明亮光照下的調(diào)節(jié)反應(yīng)；在過亮環(huán)境中，電流行為與在明亮光下類似，但最終維持在一個較低水平，仿真人眼在極強光照下由于感光細(xì)胞靈敏度下降而視覺模糊的情形。本發(fā)明的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器能夠有效實現(xiàn)對光強的適應(yīng)和寬光譜探測功能，對未來人工智能視覺系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的推動作用。

27、本發(fā)明還提供了一種上述基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器的制備方法，首先通過化學(xué)氣相傳輸法制備了具有準(zhǔn)一維納米線結(jié)構(gòu)的光熱電晶體材料nb3se12i，然后將該材料通過機械剝離以及無掩膜光刻與電阻式熱蒸發(fā)的技術(shù)制備成雙端的晶體管傳感器。本發(fā)明利用光熱電晶體材料的光熱電特性以及輻射熱特性，實現(xiàn)了寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器。

28、上述光熱電材料nb3se12i通過一種簡化的合成方法制備，該方法能有效生產(chǎn)具有準(zhǔn)一維納米線結(jié)構(gòu)的光熱電材料。該光熱電材料不僅體積小，且便于集成入微型電子設(shè)備中，對于人工智能系統(tǒng)集成化的發(fā)展具有重要的意義。

技術(shù)特征：

1.一種基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器，其特征在于，包括襯底、介質(zhì)層、半導(dǎo)體溝道層、源極與漏極；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器，其特征在于，所述襯底為硅基襯底、砷化鎵襯底和碳化硅襯底中的任意一種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器，其特征在于，所述介質(zhì)層的厚度為285nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器，其特征在于，所述源極與漏極均由鎘層和金層構(gòu)成。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器，其特征在于，所述鎘層厚度為5～10nm，所述金層的厚度為60～100nm。

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項所述的基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器的制備方法，其特征在于，所述s1中，所述化學(xué)氣相傳輸法的工藝參數(shù)，如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器的制備方法，其特征在于，所述s3中，所述采用光熱電材料nb3se12i晶體合成具有半導(dǎo)體溝道層與介質(zhì)層的襯底的過程，如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器的制備方法，其特征在于，所述s4中，所述旋涂光刻膠的過程包括依次進(jìn)行的低速旋涂和高速旋涂；所述低速旋涂的工藝條件為500rmp/5s，所述高速旋涂的工藝條件為3000rmp/30s。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器的制備方法，其特征在于，所述s4中，所述源極與漏極均由鎘層和金層構(gòu)成；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于熱電材料的寬光譜仿生自適應(yīng)視覺傳感器及其制備方法，屬于仿生電子信息技術(shù)領(lǐng)域。該傳感器包括襯底、介質(zhì)層、半導(dǎo)體溝道層、源極與漏極；所述介質(zhì)層形成于襯底上，所述源極與漏極位于介質(zhì)層上且分別分布在介質(zhì)層的兩端，所述半導(dǎo)體溝道層位于所述源極與漏極之間；所述半導(dǎo)體溝道層采用準(zhǔn)一維光熱電材料Nb<subgt;3</subgt;Se<subgt;12</subgt;I晶體制成。其中，半導(dǎo)體溝道層具有光熱電特性，用于實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和信號調(diào)制，該傳感器實現(xiàn)了光強視覺自適應(yīng)調(diào)制和寬光譜的響應(yīng)范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉波,張建斌,楊如森
受保護的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/28