【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于光電探測，具體涉及一種用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、近年來，物聯(lián)網(wǎng)（iot）廣泛應(yīng)用于自動駕駛汽車、智能家居、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域，改善了人民的日常生活水平。邊緣人工視覺系統(tǒng)可在復(fù)雜的環(huán)境中進行實時視頻分析和物體檢測。但在現(xiàn)行策略下，邊緣人工視覺系統(tǒng)往往需要使用基于硅基電路的傳統(tǒng)數(shù)字圖像傳感器來感知光學(xué)圖像，使用存儲器以電信號的形式存儲視覺信息，并通過計算單元來處理數(shù)據(jù)。這些單元之間的數(shù)據(jù)傳輸和模數(shù)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致了高延遲和高功耗，特別是摩爾定律的失效會進一步減緩邊緣人工視覺系統(tǒng)的發(fā)展速度。
2、為了解決這些問題，研究人員們在仿生神經(jīng)形態(tài)視覺系統(tǒng)的開發(fā)方面開展了大量相關(guān)工作，以期實現(xiàn)傳感器內(nèi)集成或近傳感器集成的感、存、算一體架構(gòu)。其中，基于mos2（?二硫化鉬）等二維層狀材料的光電晶體管應(yīng)用最為廣泛，已被證明能夠?qū)崿F(xiàn)識別、自動編碼、去噪、對比度增強等神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用。但這些工作主要涉及針對靜態(tài)輸入的預(yù)處理，特征提取和數(shù)據(jù)壓縮等更復(fù)雜的功能仍依賴單獨的計算網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，這勢必引起額外的延遲和系統(tǒng)復(fù)雜性。
3、相比上述傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)架構(gòu)而言，儲蓄池計算（reservoir?computing，rc）系統(tǒng)可將與時間相關(guān)的動態(tài)光信號數(shù)據(jù)直接非線性地投影到高維特征中，再結(jié)合簡單的線性讀出層即可實現(xiàn)特征的有效分離，能夠顯著降低系統(tǒng)訓(xùn)練成本、提高運行能效，其在邊緣上的可拓展性也更高。然而，對于大多數(shù)光電器件而言，雖然實現(xiàn)了高響應(yīng)度和寬動態(tài)響應(yīng)范圍，但其用于構(gòu)建硬件儲蓄池計算系統(tǒng)所需的非線性響應(yīng)和短期記
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件及其制備方法，所述光電器件可以在終端實現(xiàn)寬動態(tài)響應(yīng)范圍與可調(diào)的非線性特征變換，且結(jié)構(gòu)簡單、無額外硬件集成需求，能夠用于構(gòu)建基于儲蓄池計算架構(gòu)的邊緣人工視覺系統(tǒng)，進而實現(xiàn)高效的視覺信息提取與處理。
2、為了達到上述目的，本專利技術(shù)提供以下技術(shù)方案：
3、一種用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，包括襯底，襯底上設(shè)置有漏極，漏極和襯底上設(shè)置有聚合物半導(dǎo)體層，聚合物半導(dǎo)體層上設(shè)置有源極和柵極，源極、柵極和聚合物半導(dǎo)體層上設(shè)置有電解質(zhì)；
4、聚合物半導(dǎo)體層的材料為有機混合離子-電子導(dǎo)體材料。
5、進一步的，襯底為二氧化硅或硅；漏極和源極垂直設(shè)置。
6、進一步的，聚合物半導(dǎo)體層的材料為聚(3',4'-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)-2,2':5',2''-噻吩)，聚(3',4'-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)-2,2':5',2''-噻吩)的結(jié)構(gòu)式如下：
7、
8、
9、聚(3',4'-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)-2,2':5',2''-噻吩)的分子量為2.25?kda。
10、進一步的，漏極包括2?nm厚的鉻層和設(shè)置在鉻層上的60?nm厚的金層。
11、進一步的，源極為50?-?60?nm厚的金層，柵極為60?nm厚的鎢層。
12、進一步的，漏極和源極重疊區(qū)域內(nèi)的聚合物半導(dǎo)體層為溝道區(qū)域，溝道區(qū)域的長度為100?-?200?nm，寬度為100?-300?μm，厚度為100?-300?μm。
13、一種用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件的制備方法，包括以下步驟：
14、在襯底上采用真空蒸鍍技術(shù)制備漏極；
15、在漏極上和襯底上采用溶液旋涂法制備聚合物半導(dǎo)體層；
16、在聚合物半導(dǎo)體層上采用真空蒸鍍技術(shù)制備源極和柵極；
17、在源極與柵極上和聚合物半導(dǎo)體層上設(shè)置電解質(zhì)。
18、進一步的，在襯底上采用真空蒸鍍技術(shù)制備漏極，包括以下步驟：
19、在真空度低于6.5?×?10-4pa的蒸鍍腔室內(nèi)，以0.2??/s的蒸鍍速率在襯底上沉積2nm厚的鉻層，在鉻層上以1.5??/s的蒸鍍速率沉積60?nm厚的金層。
20、進一步的，在聚合物半導(dǎo)體層上采用真空蒸鍍技術(shù)制備源極和柵極，包括以下步驟：
21、在真空度低于6.5?×?10-4pa的蒸鍍腔室內(nèi)，以1.5??/s的蒸鍍速率在聚合物半導(dǎo)體層上沉積50?-?60?nm厚的金層，形成源極，源極與漏極垂直設(shè)置；
22、然后在真空度低于6.5?×?10-4pa的蒸鍍腔室內(nèi)，以0.2??/s的蒸鍍速率在聚合物半導(dǎo)體層上沉積60?nm厚的鎢層，形成柵極；
23、所述柵極與漏極在水平方向上的距離和柵極與源極在水平方向上的距離均為100μm。
24、進一步的，電解質(zhì)為氯化鈉水溶液。
25、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)至少具有以下有益效果：
26、本專利技術(shù)中采用分子結(jié)構(gòu)合適的有機混合離子-電子導(dǎo)體材料制備聚合物半導(dǎo)體層，聚合物半導(dǎo)體層設(shè)置在襯底和漏極上，聚合物半導(dǎo)體層上設(shè)置有源極和柵極，源極、柵極和聚合物半導(dǎo)體層上設(shè)置有電解質(zhì)，形成用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，由于有機混合離子-電子導(dǎo)體材料具有高效激子解離特性和電化學(xué)摻雜特性，能夠?qū)崿F(xiàn)體相激子解離并構(gòu)建離子-載流子耦合體系，顯著提升了光電器件的神經(jīng)形態(tài)視覺性能。相比基于二維層狀材料或鈣鈦礦材料的光電晶體管，本專利技術(shù)的光電器件的光電轉(zhuǎn)換能力更強，光電流數(shù)值更大，針對不同光刺激輸入能夠?qū)崿F(xiàn)更好的特征分離效果；且光電器件表現(xiàn)出對于光電流的本征短期記憶能力，能夠在原位實現(xiàn)良好且可調(diào)的非線性特征變換過程，而無需引入額外的器件或電路，即每個像素只需要一個晶體管，結(jié)構(gòu)與制備工藝十分簡單，在集成度方面具有巨大優(yōu)勢。本專利技術(shù)所提供光電器件的工作電壓低（<1?v），能耗方面顯著優(yōu)于其它神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器。通過調(diào)節(jié)柵極電壓，本專利技術(shù)所提供光電器件可以工作在各種動態(tài)光照條件下，光電器件動態(tài)響應(yīng)范圍與最先進的硅基cmos（complementary?metal?oxidesemiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體）技術(shù)水平相當(dāng)。以上優(yōu)勢使得本專利技術(shù)的光電器件非常適合用于構(gòu)建基于儲蓄池計算架構(gòu)的硬件神經(jīng)形態(tài)視覺系統(tǒng)。針對復(fù)雜的動態(tài)光信號輸入而言，本專利技術(shù)的光電器件可以作為一個原位集成的傳感器與儲蓄池計算執(zhí)行單元，對于邊緣人工視覺系統(tǒng)的新一代智能化技術(shù)革新具有重要意義。
27、進一步的，聚(3',4'-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)-2,2':5',2''-噻吩)分子結(jié)構(gòu)中的烷氧側(cè)鏈?zhǔn)沟脺系绤^(qū)域在電解質(zhì)環(huán)境下能夠充分溶脹，導(dǎo)致溝道區(qū)域中存在很多電解質(zhì)溶液-聚合物半導(dǎo)體接觸界面，界面處的能帶彎曲可為激子解離提供足夠的驅(qū)動力，所述光電器件表現(xiàn)出體相而非界面的激子解離特性，故光電器件動態(tài)響應(yīng)范圍較大且不會出現(xiàn)光電流的快速飽和。當(dāng)漏極電壓為正值時，溝道區(qū)域內(nèi)激子解離所產(chǎn)生的大量電子會由金電極導(dǎo)走，而空穴則會與陰離子發(fā)生耦合，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，包括襯底（1），襯底（1）上設(shè)置有漏極（2），漏極（2）和襯底（1）上設(shè)置有聚合物半導(dǎo)體層（3），聚合物半導(dǎo)體層（3）上設(shè)置有源極（4）和柵極（5），源極（4）、柵極（5）和聚合物半導(dǎo)體層（3）上設(shè)置有電解質(zhì)（6）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，襯底（1）為二氧化硅或硅；漏極（2）和源極（4）垂直設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，聚合物半導(dǎo)體層（3）的材料為聚(3',4'-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)-2,2':5',2''-噻吩)，聚(3',4'-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)-2,2':5',2''-噻吩)的結(jié)構(gòu)式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，漏極（2）包括2nm厚的鉻層和設(shè)置在鉻層上的60?nm厚的金層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，源極（4）為50-?60?nm厚的金層，柵極（
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，漏極（2）和源極（4）重疊區(qū)域內(nèi)的聚合物半導(dǎo)體層（3）為溝道區(qū)域（7），溝道區(qū)域（7）的長度為100?-?200nm，寬度為100?-300?μm，厚度為100?-300?μm。
7.一種如權(quán)利要求1-6任意一項所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件的制備方法，其特征在于，在襯底（1）上采用真空蒸鍍技術(shù)制備漏極（2），包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件的制備方法，其特征在于，在聚合物半導(dǎo)體層（3）上采用真空蒸鍍技術(shù)制備源極（4）和柵極（5），包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件的制備方法，其特征在于，電解質(zhì)（6）為氯化鈉水溶液。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，包括襯底（1），襯底（1）上設(shè)置有漏極（2），漏極（2）和襯底（1）上設(shè)置有聚合物半導(dǎo)體層（3），聚合物半導(dǎo)體層（3）上設(shè)置有源極（4）和柵極（5），源極（4）、柵極（5）和聚合物半導(dǎo)體層（3）上設(shè)置有電解質(zhì)（6）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，襯底（1）為二氧化硅或硅；漏極（2）和源極（4）垂直設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，聚合物半導(dǎo)體層（3）的材料為聚(3',4'-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)-2,2':5',2''-噻吩)，聚(3',4'-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)-2,2':5',2''-噻吩)的結(jié)構(gòu)式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感內(nèi)儲蓄池計算的光電器件，其特征在于，漏極（2）包括2nm厚的鉻層和設(shè)置在鉻層上的60?nm厚的金層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感內(nèi)儲蓄池...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬偉，余肖，張森，趙聞達，
申請(專利權(quán))人：西安交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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