本發(fā)明涉及人工突觸器件，尤其是涉及一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件。

背景技術(shù)：

1、為降低計(jì)算能耗，促進(jìn)人工智能技術(shù)發(fā)展，基于新材料、新物理機(jī)制的人工智能芯片正逐漸在人工智能技術(shù)領(lǐng)域大量使用。然而，目前的主流人工智能芯片主要采用馮·諾依曼架構(gòu)，這種架構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)路徑與處理路徑分離，使得這類人工智能芯片面臨能效低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。

2、考慮到模擬人腦工作原理的神經(jīng)形態(tài)芯片具有高并行性、高容錯(cuò)性、存算融合和低功耗等特性，且突觸是信息傳遞與處理的核心，因此，開(kāi)發(fā)新型人工突觸器件對(duì)發(fā)展人工智能芯片具有重要意義。本發(fā)明提出利用一種基于二維材料異質(zhì)結(jié)的人工神經(jīng)突觸器件，即利用二維材料異質(zhì)結(jié)的第三型能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控載流子輸運(yùn)特性，進(jìn)一步提升器件突觸可塑性的線性度。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)低能耗神經(jīng)形態(tài)計(jì)算。

3、除此之外，因?yàn)椴捎玫亩S材料具有原子級(jí)厚度，表面平整且沒(méi)有懸掛鍵。因此，本發(fā)明有利于實(shí)現(xiàn)高度集成的小尺寸、低能耗人工智能芯片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，該人工突觸器件的突觸可塑性源于黑磷表面態(tài)對(duì)載流子的吸附-解吸附作用，同時(shí)通過(guò)柵極電壓提升異質(zhì)結(jié)人工突觸器件長(zhǎng)時(shí)程激發(fā)和抑制特性的線性度，構(gòu)建神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)降低人工智能計(jì)算能耗的目的。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，包括黑磷二維薄膜、硫化錫二維薄膜、熱氧化硅基片、電極，所述熱氧化硅基片包括上下堆疊的二氧化硅層和硅材料層，所述黑磷二維薄膜下表面與熱氧化硅基片的二氧化硅層接觸，所述硫化錫二維薄膜部分堆疊在黑磷二維薄膜之上，硫化錫二維薄膜剩余部分與熱氧化硅基片表面的二氧化硅層接觸，形成黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)，所述電極分為源電極、漏電極和柵極。

3、優(yōu)選的，所述柵極連接在熱氧化硅基片背部的硅材料層上，所述源電極接地。

4、優(yōu)選的，所述漏電極、源電極分別連接在黑磷二維薄膜和硫化錫二維薄膜端。

5、優(yōu)選的，所述二氧化硅氧化與其直接接觸的黑磷二維薄膜下表層，產(chǎn)生的氧化磷表面態(tài)為突觸器件模擬突觸特性提供材料基礎(chǔ)。

6、優(yōu)選的，所述柵極、源電極組成的回路施加方波電壓模擬突觸前脈沖電壓信號(hào)，方波電壓通過(guò)二氧化硅電介質(zhì)層產(chǎn)生的電場(chǎng)作用在黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)上產(chǎn)生脈沖電流信號(hào)。

7、優(yōu)選的，所述源電極、漏電極回路采集通過(guò)的黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的電流大小為突觸后脈沖電流信號(hào)。

8、本發(fā)明所述的一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

9、1、本發(fā)明的人工突觸器件，降低人工智能計(jì)算能耗、節(jié)約能源；易于進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的突觸權(quán)重訓(xùn)練。

10、2、本發(fā)明黑磷、硫化錫二維材料表面沒(méi)有懸掛鍵，不存在因晶格失配而引發(fā)的難集成問(wèn)題，二維材料本身具有原子層級(jí)厚度，易于制造納米尺寸人工智能芯片。

11、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，其特征在于：包括黑磷二維薄膜、硫化錫二維薄膜、熱氧化硅基片、電極，所述熱氧化硅基片包括上下堆疊的二氧化硅層和硅材料層，所述黑磷二維薄膜下表面與熱氧化硅基片的二氧化硅層接觸，所述硫化錫二維薄膜一部分堆疊在黑磷二維薄膜之上，硫化錫二維薄膜剩余部分與熱氧化硅基片表面的二氧化硅層接觸，形成黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)，所述電極分為源電極、漏電極和柵極。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，其特征在于：所述柵極連接在熱氧化硅基片背部的硅材料層上，所述源電極接地。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，其特征在于：所述漏電極、源電極分別連接在黑磷二維薄膜和硫化錫二維薄膜端。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，其特征在于：所述二氧化硅氧化與其直接接觸的黑磷二維薄膜下表層，產(chǎn)生的氧化磷表面態(tài)為突觸器件模擬突觸特性提供材料基礎(chǔ)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，其特征在于：所述柵極、源電極組成的回路施加方波電壓為突觸前脈沖電壓信號(hào)，方波電壓通過(guò)二氧化硅電介質(zhì)層產(chǎn)生的電場(chǎng)作用在黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)上產(chǎn)生脈沖電流信號(hào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，其特征在于：所述源電極、漏電極回路采集通過(guò)的黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的電流大小為突觸后脈沖電流信號(hào)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，包括黑磷二維薄膜、硫化錫二維薄膜、熱氧化硅基片、電極，所述熱氧化硅基片包括二氧化硅層和硅材料層，所述黑磷二維薄膜下表面與熱氧化硅基片的二氧化硅層接觸，所述硫化錫二維薄膜一部分堆疊在黑磷二維薄膜之上，硫化錫二維薄膜剩余部分與熱氧化硅基片表面的二氧化硅層接觸，所述電極分為源電極、漏電極和柵極。本發(fā)明采用上述一種基于二維黑磷/硫化錫異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件，該人工突觸器件的突觸可塑性源于黑磷表面態(tài)對(duì)載流子的吸附?解吸附作用，同時(shí)通過(guò)柵極電壓提升異質(zhì)結(jié)人工突觸器件長(zhǎng)時(shí)程激發(fā)和抑制特性的線性度，構(gòu)建神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)降低人工智能計(jì)算能耗的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：呂文星,田紅梅,吳曉晶,曹喻霖,楊瑋民,邵志斌,王曉波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23