一种长时程记忆的频率响应学习器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种长时程记忆的频率响应学习器及其制备方法，属于信息电子材料技术领域。
【背景技术】
[0002]模拟神经突触可塑性，实现类脑计算是当今信息、材料、计算机、神经科学领域的科学家和工程师共同关注的问题。现已发明很多忆阻器来模拟神经突触可塑性，如各种金属氧化物，金属导电细丝类型的阻变存储器等，均可以模拟神经突触的时间相关可塑性(STDP)和频率相关可塑性(SRDP)。然而，这些器件与真实生物突触的性质相差比较远，例如，工作介质不清楚、机理不清晰，在刺激作用下不具备自适应性，突触权重随刺激次数无限增加，突触权重随刺激频率增大无限增大，或者没有长时程效应，等等。因此迫切需要找到更接近生物突触性质的器件，来模拟突触的学习功能，从而真正迈向类脑计算。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种长时程记忆的频率响应学习器及其制备方法，本发明可以在输入刺激阈值范围内出现自适应的频率选择性响应，且这种选择性具有长时程效应。
[0004]本发明提供的频率响应学习器，它包括依次设置的底电极、介质层和顶电极，其特征在于:所述介质层为设置在所述底电极一面上的半导体有机物层和设置在所述顶电极一面上的聚合物电解质层；
[0005]所述半导体有机物层为可溶性聚对苯乙炔或可溶性聚对苯乙炔的衍生物，所述聚合物电解质层为聚环氧乙烷掺杂金属络合物盐。
[0006]上述的学习器，所述学习器还包括导电基片；
[0007]所述底电极非设置所述介质层的一面通过过渡层沉积在Si基片上，所述Si基片是经过300nm氧化的Si (100)基片；
[0008]所述过渡层为Ti层，所述过渡层的厚度可为20nm。
[0009]上述的学习器，所述底电极的厚度可为50?300nm，具体可为150nm ；
[0010]在所述介质层中，所述半导体有机物层的厚度可为50?lOOnm，具体可为70nm，所述聚合物电解质层的厚度可为7?ΙΟμ??，具体可为8μ?? ;
[0011]所述顶电极的厚度可为60?lOOnm，具体可为70nm。
[0012]上述的学习器，所述底电极和所述顶电极均采用铂(Pt)、金(Au)或钯(Pd)制成；
[0013]所述聚合物电解质层中，所述聚环氧乙烷中环氧乙烷单体与所述金属络合物盐中金属阳离子的摩尔比可为16?32:1，具体可为16:1。
[0014]上述的学习器，所述可溶性聚对苯乙炔(简称PPV)的衍生物为聚[2-甲氧基-5 ^ -乙基己氧基)_1，4-苯乙炔](简称MEH-PPV)、氰基聚苯撑乙烯(简称CN-PPV)或聚[2-甲氧基-5-C ,V - 二甲基辛氧基)-1,4-苯乙炔](简称MDM0-PPV);
[0015]所述金属络合物盐为LiCF3SO3' KCF3SO3' Ba (CF3SO3) 2、Ca (CF3SO3) 2、Nd (CF3SO3)3和CsClO4中至少一种。
[0016]上述的学习器，所述可溶性聚对苯乙炔的分子量可为150000?250000 ；
[0017]所述可溶性聚对苯乙炔的衍生物的分子量可为150000?250000 ；
[0018]所述聚环氧乙烷的分子量可为70000?200000，具体可为100000。
[0019]本发明还提供了上述的学习器的制备方法，包括如下步骤:1)在非沉积所述导电基片上的所述底电极的一面上涂覆所述可溶性聚对苯乙炔或所述可溶性聚对苯乙炔的衍生物，烘干，得到所述半导体有机物层；然后在所述半导体有机物层上涂覆所述聚环氧乙烷(PEO)掺杂金属络合物盐的水溶液，得到所述聚合物电解质层，烘干，得到设置在所述底电极上的介质层；
[0020]2)在所述聚合物电解质层上添加掩模板，在所述掩模板上蒸镀所述顶电极，除去所述掩膜板，即得到所述学习器。
[0021]上述的方法，所述导电基片上沉积所述底电极采用物理气相沉积法，本发明采用商购的Pt片沉积在S12基片上；
[0022]涂覆所述半导体有机物层采用旋转涂覆，所述旋转涂覆的速度可为1500?2500rpm，具体可为2000rpm，时间可为50?80s，具体可为70s ；
[0023]烘干所述可溶性聚对苯乙炔或所述可溶性聚对苯乙炔的衍生物的温度可为40?70°C，具体可为50°C，时间可为5?12h，具体可为5.5h ；
[0024]所述聚环氧乙烷掺杂金属络合物盐的水溶液的质量百分浓度可为0.5?2wt% ;
[0025]烘干所述聚环氧乙烷掺杂金属络合物盐的水溶液的温度可为65?100°C，具体可为75°C，时间可为10?30min，具体可为20min。
[0026]上述的方法，所述掩模板为设有圆孔图形、直线图形、弧线图形或折线图形的金属板，所述金属板采用不锈钢材质制成，当所述掩膜板为设有圆孔图形的金属板时，所述圆孔的直径可为10nm?0.3mm，具体可为0.3mm ；
[0027]所述蒸镀的条件为:真空度为小于I(T8Torr,沉积速率为0.03?0.05nm/s。
[0028]本发明频率响应学习器应用于模拟神经突触领域中，在应用本发明频率响应学习器时，响应的频率区间为IHz?200Hz ;在应用时，所述学习器具有频率相关可塑性，即SRDP,在低频刺激下产生抑制，在高频刺激下产生兴奋。
[0029]使用本发明频率响应学习器时，其学习记忆能力包括但并不限于:对在输入刺激阈值范围内的脉冲信号产生具有选择性的频率响应，较低频(IHz?80Hz)刺激时响应呈抑制性，即相对于基频刺激(IHz)的响应权重变化小于100%;而较高频率(80Hz?200Hz)刺激时产生兴奋性响应，即相对于基频刺激(IHz)的响应权重变化大于100%。频率响应的选择性具有长程效应，抑制/兴奋响应可以维持10分钟以上。通过对本发明器件在常规脉冲测试前进行的额外“抑制性”或“兴奋性”刺激，可以改变测试中器件由抑制转为兴奋的阈值频率。
[0030]本发明具有以下优点:
[0031 ] 1、本发明可以在输入刺激阈值范围内出现自适应的频率选择性响应，且这种选择性具有长时程效应，该器件是具有长时程记忆的频率相关学习器。
[0032]2、本发明的记忆能力由抑制性转为兴奋性的阈值可以通过预先的刺激进行调制。
[0033]3、本发明通过离子迀移实现学习与记忆功能，在性能和结构两方面都具有对神经突触的较好模拟。
【附图说明】
[0034]图1为本发明的结构示意图。
[0035]图2为本发明频率响应学习器的电压电流循环扫描曲线图，其中图2(a)为电压在-2V?2V范围内的循环扫描图，图2 (b)为电压在O?2V范围内的循环扫描图，2 (c)为电压在O?-2V范围内的循环扫描图。
[0036]图3为本发明频率响应学习器的脉冲频率依赖可塑性曲线(SRDP)图。
[0037]图4为本发明频率响应学习器的脉冲测试结果图，其中，图4(a)为使用的脉冲测试，图4(b)为反向电流峰值随脉冲刺激次数变化的图。
[0038]图5为本发明频率响应学习器的频率相关学习性能的长程性曲线图。
[0039]图6为本发明频率响应学习器的阈值滑动曲线图。
【具体实施方式】
[0040]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0041 ] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0042]下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0043]实施例1、Pt/MEH-PPV/PE0-LiCF3S03/Pt 频率响应学习器
[0044]I)将商购的Si基片上通过20nm的过渡层Ti镀有150nm厚Pt基片，Si基片为氧化300nm的Si (100))，用丙酮、酒精和去离子水依次超声清洗4_8分钟，用氮气吹干。将清洗后的基片置于匀胶台上，旋转涂覆3.5 μ I甲氧基-5 (2'-乙基己氧基)-1，4-聚对苯乙炔(MEH-PPV，分子量为150000?250000)，