【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體人工神經(jīng)元器件領(lǐng)域，尤其涉及一種基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)中的神經(jīng)元之間的大量相互連接使得信息輸入之后可以很快地傳遞到各個神經(jīng)元并行處理,在值傳遞的過程中同時完成數(shù)據(jù)的計算和存儲功能，將輸入輸出的映射關(guān)系以神經(jīng)元間連接強度(權(quán)值)的方式存儲下來,因此運算效率比傳統(tǒng)的串行處理數(shù)據(jù)方式更高。神經(jīng)元數(shù)量以及層數(shù)越多，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理數(shù)據(jù)能力越強，學(xué)習(xí)速度也越快。近年來神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)處理、機器學(xué)習(xí)等多個方面取得了前所未有的發(fā)展和成功。因此，人工神經(jīng)元作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分顯得尤為重要。二維材料被認(rèn)為是構(gòu)建下一代電子產(chǎn)品理想屬性的新興材料，其具有原子薄的厚度和表面沒有懸垂鍵等優(yōu)點，吸引了許多研究者的注意力。基于二維材料制作神經(jīng)形態(tài)器件的研究已經(jīng)有了不少成果，像各種人工突觸器件，憶阻器、光電突觸、異突觸等可實現(xiàn)電導(dǎo)權(quán)重更新和短時/長時可塑性(stp/ltp)等記憶效果的器件被廣泛研究。
2、但在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)元的功能不僅包括不同權(quán)重變化的輸入(突觸)，還有信號累加求和，非線性激活輸這些重要功能。在早期基于二維材料神經(jīng)形態(tài)器件的研究當(dāng)中，激活函數(shù)是由傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)電路和具有可重構(gòu)功能映射的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(adc)電路來實現(xiàn)的。近年來的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)需求劇增，對于激活函數(shù)的需求數(shù)量愈加龐大，能耗猛增。為此，研究者們對于具有激活功能的神經(jīng)形態(tài)器件也作出了新的探索，如利用二維材料
3、傳統(tǒng)的人工神經(jīng)元，如人工突觸、激活神經(jīng)元通過不同種類材料以特定的結(jié)構(gòu)疊加制作。然而，這些器件存在功能單一的問題，只能單獨作為人工突觸實現(xiàn)感知，或僅能實現(xiàn)存儲刺激信號的功能。而當(dāng)前基于二維材料的人工突觸器件大多依賴于tmds、石墨烯、氮化硼、鐵電材料等進行人工疊加。所需的材料種類繁多，并且制作過程復(fù)雜消耗大量時間，不利于未來大規(guī)模神經(jīng)形態(tài)器件的應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件的制作方法，該制備方法制得了一種微型多功能人工神經(jīng)元器件，可以解決目前突觸功能和激活功能處于分立器件和制作復(fù)雜所需材料多的問題。
2、本專利技術(shù)制作的一種基于wse2晶體管的多功能平臺，能實現(xiàn)sigmoid激活函數(shù)和人工突觸的功能，并且結(jié)構(gòu)簡單制作復(fù)雜度低。它通過控制公共柵極輸入電壓來調(diào)整輸出電壓實現(xiàn)輸出sigmoid曲線。編程不同的柵極電刺激信號成功模擬了多種突觸功能，包括興奮/抑制性突觸后電位(epsc/ipsc)、雙脈沖興奮/抑制(ppf/ppd)和ltp/ltd等。本專利技術(shù)旨在克服現(xiàn)有的人工神經(jīng)形態(tài)器件中人工突觸與非線性激活功能處于分立狀態(tài)的局限性，并且以簡單的材料和制作方法實現(xiàn)穩(wěn)定的效果，為今后全硬件人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)提供更為簡便的制造工藝。
3、本專利技術(shù)提供的一種基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件的制備方法,包括以下步驟：
4、s1獲取由絕緣氧化硅層和重?fù)诫s導(dǎo)電硅層組成的硅片，將wse2薄膜轉(zhuǎn)移到硅片中的絕緣氧化硅層上，作為溝道；所述wse2薄膜由為10層以下單層二維wse2組成；
5、s2在所述wse2薄膜上制備兩個相互平行的條狀au電極；其中，兩個相互平行的條狀au電極分別作為p型wse2晶體管的源極和漏極；得到包括p型wse2晶體管的硅片；
6、s3在所述wse2薄膜上制備兩個相互平行的條狀bi/au電極；其中，兩個相互平行的條狀bi/au電極分別作為n型wse2晶體管的源極和漏極；得到包括p型wse2晶體管和n型wse2晶體管的硅片；硅片中的重?fù)诫s導(dǎo)電硅層同時作為p型wse2晶體管和n型wse2晶體管的共柵極；將所述p型wse2晶體管的源極和n型wse2晶體管的源極相互連接，構(gòu)成共源極共柵極的結(jié)構(gòu)。
7、優(yōu)選的，步驟s2中，在所述wse2薄膜上制備兩個相互平行的條狀au電極，具體包括以下步驟：在所述wse2薄膜上涂上光刻膠，通過紫外曝光、顯影，得到兩個相互平行的條狀電極圖案，依次蒸鍍厚度為8-15nm的se和40-100nm的au，去膠處理后，通過真空干燥去除se層，得到包括p型wse2晶體管的硅片。
8、優(yōu)選的，步驟s3中，在所述wse2薄膜上制備兩個相互平行的條狀bi/au電極，具體包括以下步驟：在所述wse2薄膜上涂上光刻膠，通過紫外曝光、顯影，得到兩個相互平行的條狀電極圖案，依次蒸鍍厚度2-10nm的bi層和厚度40-100nm的au層，去膠處理后得到包括p型wse2晶體管和n型wse2晶體管的硅片；
9、本專利技術(shù)還提供一種基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件，包括：由絕緣氧化硅層和重?fù)诫s導(dǎo)電硅層組成的硅片，所述絕緣氧化硅層上設(shè)置有wse2薄膜作為溝道；所述wse2薄膜由10層以下單層二維wse2組成；
10、所述wse2薄膜上設(shè)有兩個相互平行的條狀au電極；兩個相互平行的條狀au電極分別作為p型wse2晶體管的源極和漏極；所述條狀au電極的厚度為40-100nm；
11、所述wse2薄膜上還設(shè)置有兩個相互平行的條狀bi/au電極；其中，兩個相互平行的條狀bi/au電極分別作為n型wse2晶體管的源極和漏極；所述bi/au電極由厚度2-10nm的bi層和厚度40-100nm的au層組成，其中bi層位于au層和wse2薄膜之間；
12、硅片中的重?fù)诫s導(dǎo)電硅層同時作為p型wse2晶體管和n型wse2晶體管的共柵極；所述p型wse2晶體管的源極和n型wse2晶體管的源極相互連接作為共源極。
13、優(yōu)選的，基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件，絕緣氧化硅層厚度260-500nm；兩個相互平行的條狀au電極之間的溝道寬度4～7μm；兩個相互平行的條狀bi/au電極之間的溝道寬度4～7μm。
14、本專利技術(shù)還提供一種基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件在實現(xiàn)激活函數(shù)功能上的應(yīng)用，包括以下步驟：向共柵極輸入在正電平和負(fù)電平之間變化的電平信號，所述正電平不大于60v,所述負(fù)電平不小于-60v；p型wse2晶體管的漏極連接恒定的電平信號；n型wse2晶體管的漏極接地；通過所述共源極輸出隨共柵極電平變化的信號；所述共源極輸出的信號與向共柵極輸入的電平信號之間的關(guān)系，符合激活函數(shù)的函數(shù)關(guān)系。
15、優(yōu)選的，所述激活函數(shù)為sigmoid函數(shù)，所述正電平和負(fù)電平之間變化的電平信號具體為從-20v～20v變化的電平信號，n型wse2晶體管的漏極連接恒定的1v的電平信號。
16、本專利技術(shù)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件的制備方法,其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件的制備方法，其特征在于，步驟S2中，在所述WSe2薄膜上制備兩個相互平行的條狀A(yù)u電極，具體包括以下步驟：在所述WSe2薄膜上涂上光刻膠，通過紫外曝光、顯影，得到兩個相互平行的條狀電極圖案，依次蒸鍍厚度為8-15nm的Se和40-100nm的Au，去膠處理后，通過真空干燥去除Se層，得到包括P型WSe2晶體管的硅片。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件的制備方法，其特征在于，步驟S3中，在所述WSe2薄膜上制備兩個相互平行的條狀Bi/Au電極，具體包括以下步驟：在所述WSe2薄膜上涂上光刻膠，通過紫外曝光、顯影，得到兩個相互平行的條狀電極圖案，依次蒸鍍厚度2-10nm的Bi層和厚度40-100nm的Au層，去膠處理后得到包括P型WSe2晶體管和N型WSe2晶體管的硅片。
4.如權(quán)利要求1～3中任意一項所所述的一種基于二維WSe2晶體管的微
5.如權(quán)利要求4所述的基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件，其特征在于，絕緣氧化硅層厚度260-500nm；兩個相互平行的條狀A(yù)u電極之間的溝道寬度4～7μm；兩個相互平行的條狀Bi/Au電極之間的溝道寬度4～7μm。
6.如權(quán)利要求4所述的基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件在實現(xiàn)激活函數(shù)功能上的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，所述激活函數(shù)為Sigmoid函數(shù)，
8.如權(quán)利要求4所述的基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件在實現(xiàn)突觸功能上的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：
9.如權(quán)利要求4所述的基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件在實現(xiàn)全硬件人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：所述全硬件人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括不少于2個所述基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件，其中至少1個所述基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件作為人工神經(jīng)元節(jié)點器件，至少1個所述基于二維WSe2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件作為激活函數(shù)器件。
10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述人工神經(jīng)元節(jié)點器件，其共柵極作為刺激信號輸入端，施加5V-30V范圍的電壓信號，其共源極接1V的恒定電平信號，所述P型WSe2晶體管的漏極通過連接電阻元件進行接地；在所述電阻元件與所述P型WSe2晶體管的漏極之間設(shè)置一個節(jié)點,從所述節(jié)點引出引線連接所述激活函數(shù)器件的共柵極作為激活函數(shù)器件的輸入，將所述激活函數(shù)器件的共源極作為輸出；所述激活函數(shù)器件的N型WSe2晶體管的漏極接1V的恒壓電平信號，所述激活函數(shù)器件的P型WSe2晶體管的漏極接地；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件的制備方法,其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件的制備方法，其特征在于，步驟s2中，在所述wse2薄膜上制備兩個相互平行的條狀au電極，具體包括以下步驟：在所述wse2薄膜上涂上光刻膠，通過紫外曝光、顯影，得到兩個相互平行的條狀電極圖案，依次蒸鍍厚度為8-15nm的se和40-100nm的au，去膠處理后，通過真空干燥去除se層，得到包括p型wse2晶體管的硅片。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件的制備方法，其特征在于，步驟s3中，在所述wse2薄膜上制備兩個相互平行的條狀bi/au電極，具體包括以下步驟：在所述wse2薄膜上涂上光刻膠，通過紫外曝光、顯影，得到兩個相互平行的條狀電極圖案，依次蒸鍍厚度2-10nm的bi層和厚度40-100nm的au層，去膠處理后得到包括p型wse2晶體管和n型wse2晶體管的硅片。
4.如權(quán)利要求1～3中任意一項所所述的一種基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件的制備方法制得的基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件，其特征在于，包括：由絕緣氧化硅層和重?fù)诫s導(dǎo)電硅層組成的硅片，所述絕緣氧化硅層上設(shè)置有wse2薄膜作為溝道；所述wse2薄膜由10層以下單層二維wse2組成；
5.如權(quán)利要求4所述的基于二維wse2晶體管的微型多功能人工神經(jīng)元器件，其特征在于，絕緣氧化硅層厚度260-500nm；兩...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張騏，黃春晨，李馨，
申請(專利權(quán))人：杭州電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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