本發(fā)明屬于有機電子和信息，更具體地說，涉及一種具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)的數(shù)字計算機中，物理上分離數(shù)據(jù)處理和存儲單元，數(shù)字計算機的性能隨著cmos技術(shù)的使用而得到改善。然而，大數(shù)據(jù)的分析的處理是當(dāng)前計算系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)，因為它們面臨著諸如高能量需求和由于馮諾伊曼架構(gòu)而導(dǎo)致的低處理速度的限制。為了克服這些限制，研究人員正在積極探索神經(jīng)形態(tài)計算的硬件，旨在創(chuàng)造基于生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的更小，更快，更節(jié)能的計算系統(tǒng)。憶阻器作為一種雙端器件，具有模仿生物學(xué)功能的能力，在神經(jīng)形態(tài)計算中顯示出潛在的應(yīng)用前景，是這方面的主要候選者。在憶阻器中，基于操作歷史依賴的可調(diào)節(jié)、可存儲的導(dǎo)電態(tài)，人們模擬了一些重要的基于hebb學(xué)習(xí)規(guī)則和脈沖時序依賴可塑性規(guī)則框架的學(xué)習(xí)記憶規(guī)律。有機材料具有成膜簡單，低成本，柔性可拉伸，生物兼容等優(yōu)勢，更重要的是可以通過分子設(shè)計來進行調(diào)控其電子性能。但目前有機憶阻器也存在一些挑戰(zhàn)，如器件穩(wěn)定性較差，以及在脈沖下的學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)電導(dǎo)可調(diào)的范圍較小，線性度較差，阻態(tài)少，使其在模擬復(fù)雜的突觸行為時精度較差。

2、所以亟需設(shè)計一種具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對現(xiàn)有的有機憶阻器存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器，并制備具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的有機憶阻器。有效的解決有機憶阻器穩(wěn)定性差，電導(dǎo)可調(diào)范圍小，線性度較差等問題。有利于推進有機憶阻器的研究進程。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器，其結(jié)構(gòu)由下而上依次為基底、底電極、功能層和頂電極四個部分，所述基底為導(dǎo)電玻璃，所述底電極是氧化銦錫ito，所述功能層為p型有機半導(dǎo)體ptaa與p型摻雜劑f4-tcnq組成的本體異質(zhì)結(jié)，p型有機半導(dǎo)體材料ptaa和p型摻雜劑f4-tcnq是由混溶的溶液旋涂而成，所述的頂電極是鋁。

3、作為優(yōu)選方案，所述底電極的厚度為185nm。

4、作為優(yōu)選方案，所述頂電極的厚度為90-100nm。

5、作為優(yōu)選方案，所述功能層的厚度為30nm。

6、本發(fā)明還提供一種具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器的制備方法，包括如下步驟：

7、步驟一：配制有機功能層ptaa:f4-tcnq溶液：將3mg?ptaa和5mg?f4-tcnq材料溶于1ml四氫呋喃中，并30℃環(huán)境中磁力攪拌12h以上，使其完全溶解；

8、步驟二：在基底導(dǎo)電玻璃表面生長一層底電極ito，并依次使用ito玻璃清洗劑、去離子水超聲清洗并烘干；

9、步驟三：將步驟二烘干的樣品進行紫外臭氧處理10min；

10、步驟四：使用移液槍將步驟一中的ptaa:f4-tcnq溶液在步驟三的樣品上旋涂；

11、步驟五：將步驟四旋涂好的樣品置于50℃的烘箱中，退火10min；退火后，所制備的功能層厚度為30nm。

12、步驟六：將步驟五處理好的樣品放進真空蒸鍍系統(tǒng)中，抽真空至腔內(nèi)壓力低于5×10-4pa后，開始蒸鍍鋁頂電極；

13、步驟七：蒸鍍結(jié)束后，保持該真空狀態(tài)待頂電極冷卻至室溫，得到一種具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器。

14、作為優(yōu)選方案，所述步驟二中，ito玻璃清洗劑清洗后，再用去離子水清洗兩次，ito玻璃清洗劑與去離子水的超聲清洗時間為30min。烘干條件為120℃環(huán)境下60min。

15、作為優(yōu)選方案，所述步驟四的旋涂的速度和時間為500rpm/5s-3000rpm/30s。

16、作為優(yōu)選方案，所述步驟四的旋涂是用移液槍取110μl的ptaa:f4-tcnq溶液，垂直滴入樣品上。

17、作為優(yōu)選方案，所述步驟六的鋁頂電極在蒸鍍前用乙醇去除附著的氧化膜。

18、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)本發(fā)明的具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器的制備方法中的步驟。

19、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)本發(fā)明的具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器的制備方法中的步驟。

20、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

21、1、本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單和制備簡便的特點，其采用的溶液加工法與現(xiàn)有技術(shù)(撈膜、蒸鍍膜等)不同的是采用溶液進行旋涂。

22、2、本發(fā)明有效解決了單層ptaa器件電導(dǎo)可調(diào)控范圍小的問題，使用ptaa:f4-tcnq本體異質(zhì)結(jié)，可以使電導(dǎo)可達到10-6-10-3a的可調(diào)控范圍，線性度有明顯的改善。

23、3、本發(fā)明具有較低操作電壓，穩(wěn)定性高的特點，所制備出的有機憶阻器具有較低的操作電壓(最低可達6.5v)，150s以上讀寫擦循環(huán)穩(wěn)定規(guī)律。并且在空氣中放置一個月后仍具較好的器件性能。

24、4、本發(fā)明可以模擬突觸可塑性形和再突觸可塑性，為高穩(wěn)定的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)儲備和可靠的原型器件。

25、5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)易于設(shè)計，工藝簡單，產(chǎn)率高，具有普適性，開拓了可靠的線性大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的人工突觸在空氣環(huán)境下穩(wěn)定運行的新材料策略，為構(gòu)建高穩(wěn)定性，高精確度人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)儲備，從而促進人工智能器件的發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.一種具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器，其特征在于，包括：依次設(shè)置的頂電極、功能層、底電極和基底，所述頂電極、功能層、底電極和基底相互垂直；所述功能層由p型有機材料ptaa和p型摻雜劑f4-tcnq組成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器，其特征在于，ptaa:f4-tcnq功能層的厚度為30nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器，其特征在于，基底采用玻璃，底電極采用氧化銦錫，頂電極采用鋁。

4.一種具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟二中，ito玻璃清洗劑清洗后，再用去離子水清洗兩次，ito玻璃清洗劑與去離子水的超聲清洗時間為30min。烘干條件為120℃環(huán)境下60min。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟四的旋涂的速度和時間為500rpm/5s-3000rpm/30s。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟四的旋涂是用移液槍取110μl的ptaa:f4-tcnq溶液，垂直滴入樣品上。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟六的鋁頂電極在蒸鍍前用乙醇去除附著的氧化膜。

9.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于：該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求4～8中任一項所述的具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器的制備方法中的步驟。

10.一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求4～8中任一項所述的具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器的制備方法中的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)憶阻器及其所述制備方法，所述憶阻器包括：依次設(shè)置的頂電極、功能層、底電極和基底，所述頂電極、功能層、底電極和基底相互垂直；所述功能層由p型有機材料PTAA和p型摻雜劑F<subgt;4</subgt;?TCNQ組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)易于設(shè)計，工藝簡單，產(chǎn)率高，具有普適性，開拓了可靠的線性大范圍電導(dǎo)可調(diào)控的人工突觸在空氣環(huán)境下穩(wěn)定運行的新材料策略，為構(gòu)建高穩(wěn)定性，高精確度人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)儲備，從而促進人工智能器件的發(fā)展。

技術(shù)研發(fā)人員：李雯,周劉然,周嘉,儀明東
受保護的技術(shù)使用者：南京郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10