具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触及方法与流程

1.本发明属于人工突触器件技术领域，具体涉及一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触及方法。


背景技术：

2.随着第五代无线系统(5g)的普及，人们在日常生活中产生了大量的数据流量，包括文本、图像、音频和视频文件，这加速了大数据时代的发展。 面对数据信息的爆炸式增长，基于传统冯
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诺依曼框架的计算机已经无法以低功耗处理复杂的任务(如数字图像分析、 语音识别和智能导航)，而人脑神经系统可以同时作为处理器和存储器，以高效、高度并行的方式学习、记忆和计算大量的外部信息。而突触是构成人脑神经系统的基础单元。
3.近年来, 随着对类脑计算的兴趣的急剧增加，人们对不同类型的高性能人工突触进行了深入研究，其中包括原子开关,相变存储器,电阻随机存取存储器,忆阻器,突触晶体管等等。然而，目前的人工突触器件一般限于光信号或电信号的单一输出。相比之下，具有光电信号同时输出的人工突触器件是一种较为理想的器件选择，因为它可以为人工神经网络的多通道信号传输提供更多的选择性。此外，光信号的引入有望通过片上光网络降低超大规模集成电路(vlsi)的电子引线密度，从而促进低串扰、高容错性的大规模光电混合人工神经网络的发展。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触及方法，得到的发光电化学人工突触能够同时通过输出的光信号和电信号来模拟突触可塑性。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触，包括从下至上依次设置的基底、底电极、发光活性层和顶电极；所述发光活性层由发光材料、离子传输基质和锂盐组成，当连续电压脉冲输入时，活性层中的发光材料与离子传输基质发生电化学氧化还原反应，导致了器件电导的逐渐变大，后突触电流也逐渐增大；同时，随着电子和空穴注入的增加，瞬态电致发光强度也逐渐增强。
6.进一步的，所述基底采用玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。
7.进一步的，所述底电极所用材料为氧化铟锡、银、铝或金，厚度为100-200 nm。
8.进一步的，所述发光活性层是通过旋涂工艺沉积制成，其厚度为150-550 nm。
9.进一步的，所述发光材料为有机发光聚合物材料。
10.进一步的，所述所述离子传输基质为有机离子交换树脂。
11.进一步的，所述顶电极所用材料为氧化铟锡、铝、金或银，厚度为50-100 nm。
12.一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触的制备方法，包括以下步骤：
s1. 将有机发光聚合物、有机离子交换树脂和锂盐溶液共混，制备出发光活性层溶液;s2. 具有底电极的基底经过清洗后，在充满氮气的环境下将发光活性层溶液通过旋涂工艺沉积于基底之上并退火，形成发光活性层;s3. 在步骤s2得到的发光活性层上通过热蒸镀的方法制备顶电极，得到具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触。
13.进一步的，所述旋涂制备发光活性层薄膜并退火的氮气环境中水、氧含量均小于0.1 ppm。
14.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过单个突触器件同时输出光电信号来模拟突触的可塑性，可以为人工神经网络的多通道信号传输提供更多的选择性。
附图说明
15.图1为本发明的实施例1的具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触结构示意图；图2为本发明的实施例1提供的发光电化学人工突触兴奋性突触后电流（epsc）图；图3为本发明的实施例1提供的发光电化学人工突触兴奋性突触后光强（epsi）图；图4为本发明的实施例1提供的发光电化学人工突触电流输出的双脉冲易化作用(ppf)图；图5为本发明的实施例1提供的发光电化学人工突触光强输出的双脉冲易化作用(ppf)图；图6为本发明的实施例1提供的发光电化学人工突触电流输出的长时增强（ltp）图；图7为本发明的实施例1提供的发光电化学人工突触光强输出的长时增强（ltp）图；图8为本发明的实施例1提供的发光电化学人工突触电流输出的脉冲速率依赖可塑性(srdp)图；图9为本发明的实施例1提供的发光电化学人工突触光强输出的脉冲速率依赖可塑性(srdp)图；图中：100-基底、110-底电极、120-发光活性层、130-顶电极。
具体实施方式
16.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
17.请参照图1，本发明提供一种具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触，如图1所示，从下往上依次为基底100、底电极110、发光活性层120、顶电极130。所述发光活性层由有机发光聚合物、有机离子交换树脂和锂盐组成。当连续电压脉冲输入时，活性层中的发光材料与离子传输基质发生电化学氧化还原反应，导致了器件电导的逐渐变大，后突触电流也逐渐增大；同时，随着电子和空穴注入的增加，瞬态电致发光强度也逐渐增强。
18.优选的，在本实施例中，基底材料为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺；所
述底电极材料为氧化铟锡、银、铝或金；，所述发光活性层通过旋涂工艺沉积制成。其厚度为150-550 nm。所述顶电极所用材料为氧化铟锡、金、铝或银，其厚度为50-100 nm。
19.实施例11）氧化铟锡玻璃基板的清洗：将氧化铟锡图案化的玻璃基板依次用玻璃清洗剂，异丙醇，乙醇和去离子水超声清洗15分钟，将洗干净的玻璃用氮气吹干备用。
20.2）制备聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]、聚氧化乙烯和三氟甲磺酸锂溶液：将10 mg聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]、10 mg聚氧化乙烯和10 mg三氟甲磺酸锂分别加入1 ml的三氯甲烷、1 ml的环己酮和1 ml的环己酮并用磁力搅拌子在50摄氏度下搅拌16小时。待搅拌完成后，即可获得10 mg/ml的聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]，10 mg/ml的聚氧化乙烯和10 mg/ml的三氟甲磺酸锂溶液。
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3）制备聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]、聚氧化乙烯和三氟甲磺酸锂混合溶液：在步骤二的基础上将10 mg/ml的聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]，10 mg/ml的聚氧化乙烯和10 mg/ml的三氟甲磺酸锂溶液共混，其共混体积比为1:0.25:0.03，并用磁力搅拌子在50摄氏度下搅拌2小时。待搅拌完成后，即可获得聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]，聚氧化乙烯和三氟甲磺酸锂混合溶液。
[0022]
4）在充满氮气环境下，使用移液枪将步骤3）制备的混合溶液铺满在步骤1）清洗过的图案化的氧化铟锡的玻璃基板上，然后用1400 rpm（40 s）的旋涂转数使溶液在基板上形成均匀的膜，再在充满氮气环境下将基板进行88 ℃退火10 min形成发光活性层；5）采用真空热蒸镀的方式利用专用掩膜版在步骤4）所得的玻璃基板上蒸镀出长2 cm宽2 mm的80 nm厚银电极。
[0023]
实施例21）氧化铟锡玻璃基板的清洗：将氧化铟锡图案化的玻璃基板依次用玻璃清洗剂，异丙醇，乙醇和去离子水超声清洗15分钟，将洗干净的玻璃用氮气吹干备用。
[0024]
2）制备聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]、聚氧化乙烯和三氟甲磺酸锂溶液：将10mg聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]、10 mg聚氧化乙烯和10 mg三氟甲磺酸锂分别加入1 ml的三氯甲烷、1 ml的环己酮和1 ml的环己酮并用磁力搅拌子在50摄氏度下搅拌16小时。待搅拌完成后，即可获得10 mg/ml的聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]，10 mg/ml的聚氧化乙烯和10 mg/ml的三氟甲磺酸锂溶液。
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3）制备聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]、聚氧化乙烯和三氟甲磺酸锂混合溶液：在步骤二的基础上将10 mg/ml的聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]，10 mg/ml的聚氧化乙烯和10 mg/ml的三氟甲磺酸锂溶液共混，其共混体积比为1:0.25:0.03，并用磁力搅拌子在50摄氏度下搅拌2小时。待搅拌完成后，即可获得聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]，聚氧化乙烯和三氟甲磺酸锂混合溶液。
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4）在充满氮气环境下，使用移液枪将步骤3）制备的混合溶液铺满在步骤1）清洗过的图案化的氧化铟锡的玻璃基板上，然后用1400 rpm（40 s）的旋涂转数使溶液在基板上形成均匀的膜，再在充满氮气环境下将基板进行88 ℃退火10 min形成发光活性层；5）采用真空热蒸镀的方式利用专用掩膜版在步骤4）所得的玻璃基板上蒸镀出长2 cm宽2 mm的80 nm厚金电极。
[0027]
对制得的具有光电信号并行输出功能的发光电化学人工突触进行相应的电学和
光学测试来模拟生物突触可塑性，在底电极和顶电极之间施加的幅值为6 v脉冲电压，并将顶电极认为是突触后膜，发光活性层认为是突触间隙，底电极认为是突触前膜，测量器件的输出光强和电流(电导)并将其视为突触的权重。该发光电化学人工突触在电输出和光输出中成功模拟了兴奋性突触后电流和光强（epsc和epsi）（如图2、图3所示），电流输出和光强输出的双脉冲易化作用(ppf)（如图4、图5所示），电流输出和光强输出的长时增强（ltp）（如图6、图7所示），电流输出和光强输出的脉冲依赖速率可塑性（srdp）（如图8、图9所示）。
[0028]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。