本发明属于半导体薄膜的新材料的应用技术领域，更具体地，涉及一种in2s3薄膜的忆阻器件及其应用。
背景技术：
随着信息社会的飞速发展，大量的信息处理技术如人工智能，无人驾驶，基因工程等都要依靠巨大的信息计算能力，继而产生计算性能和内存需求爆发等挑战。受人类大脑神经系统的启发，神经形态计算提供了一种有望在物理层面的解决方案，以克服传统的冯·诺依曼计算架构中长期存在的能源效率和处理速度瓶颈。我们已经知道，人类大脑工作是建立在庞大的神经元工作基础上的，然而神经元之间是没有直接通过原生质联系，而是通过突触这个接触点相互联系起来构成令人惊叹的庞大复杂神经系统。人类大脑中，包含1011神经元和超过1015个神经突触，这些突触之间相互产生关联，构建起了神经元之间的互动，从而在大脑中完成每秒以106次计数的计算，继而产生了人类的情感处理、记忆储存以及思考等行为。换句话说，在今天的神经学科认知中，突触是生物智能产生的最基本单位，它们就像芯片中的晶体管，支撑了大脑与神经系统的运行。在人工神经网络中，突触可塑性是指利用神经科学中突触可塑性有关理论结合数学模型来构造神经元之间的联系，其中突触可塑性主要包括长期抑制突触可塑性(ltd)与长期增强突触可塑性(ltp)等。
半导体产业或许可以从生物学中获得启示，以解决在目前的传统计算架构下难以企及的性能与功率要求。大脑突触的特征是在单一架构中包含内存和计算，能够构成大脑启发的非冯诺依曼计算机架构基础，神经形态计算的最新趋势之一就是将神经元的值编码为脉冲或棘波。神经形态计算系统中的人工突触已经在称为忆阻器的这一类基本电路元件中得到了广泛研究。基于忆阻器的器件可以跟踪其经历过的电阻状态，在这种设备中，由外部电刺激引起的电阻变化被用来模拟突触的可塑性，其值代表两个相邻神经元之间相关性的强度。近年来，二维材料在人工突触应用中表现出优异的忆阻性能和器件性能，引起了大家广泛的研究兴趣。例如，sangwan等人采用化学气相沉积方法生长单晶多层mos2范德瓦尔薄膜，然后基于这种二维材料制作底栅多端忆阻晶体管演示其可扩展性和各种功能，揭示了一种基于晶界调控的硫空位缺陷迁移的全新忆阻机理。
技术实现要素：
本发明首要目的在于提供一种in2s3的薄膜的忆阻器件，该忆阻器件由厚度在0.6～100nm的二维的in2s3堆叠而成，在水平方向具有明显的晶界，该器件具有显著的忆阻特性，同时可具备部分生物突触的功能。
本发明另一目的在于提供上述忆阻器件的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种in2s3薄膜的忆阻器件，所述忆阻器件是由二维in2s3纳米片在二维平面的水平和垂直方向堆叠而成，形成在水平方向的晶界；所述二维in2s3纳米片的厚度为0.6～100nm，长度为1～200μm。
所述的in2s3薄膜的忆阻器件的制备方法，包括如下具体步骤：
s1.将in2s3粉末放在石英舟里，放置在水平石英管式炉的中心恒温区；将云母片放置在水平管式炉的下游区域，密封石英管，打开氩气并通气，排尽石英管内的空气；
s2.调整氩气流量，升温至900～1200℃并保温，进行二维in2s3薄膜的生长；
s3.将in2s3薄膜转移到si/sio2衬底上，以in2s3薄膜为沟道，使用光刻和蒸镀工艺在in2s3薄膜两端制作金属电极，制得in2s3薄膜的忆阻器件。
优选地，步骤s1中所述云母片的面积为1～1000mm2。
优选地，步骤s1中所述氩气的流量为10～1000sccm，所述通气的时间为30～120min。
优选地，步骤s2中所述氩气的流量为10～100sccm。
优选地，步骤s2中所述升温的速率为1～100℃/min，所述保温的时间为0.1～60min。
优选地，步骤s3中所述金属电极为金电极、银电极或铝电极。
优选地，所述金属电极的厚度为5～1000nm。
优选地，步骤s3中所述沟道的长度为0.1～50μm。
所述的in2s3薄膜的忆阻器件在模仿生物突触领域的应用。
本发明将二维纳米片组装成连续的in2s3薄膜，通过范德瓦尔力相邻的二维纳米片相互作用并在界面中形成自然的晶界，从而形成范德瓦尔薄膜。范德瓦尔薄膜的制造机制不仅确保材料在大面积薄膜中具有最佳的电荷传输性能，而且在相邻的二维in2s3纳米片之间的晶界可产生适度的传输势垒，这将引起可能的忆阻现象。
本发明可在in2s3的薄膜上制作的两端电极的基础上，增加一个或多个端口，以实现高低电阻和突触功能的调控。特别地，在垂直于材料二维平面方面增加栅电极，通过场效应来调控水平两端电流，以获得高的电阻开关比和实现包括长期抑制突触可塑性、长期增强突触可塑性、短期抑制突触可塑性和短期增强突触可塑性在内的多种类生物突触功能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用物理气相沉积方法制备in2s3薄膜，相邻的二维in2s3薄片通过范德瓦尔力相互作用并在界面中形成自然的晶界。in2s3薄膜不仅具有最佳的电荷传输性能，而且相邻的二维纳米片通过范德瓦尔力相互作用形成微观可见的晶界，从而产生适度的传输势垒。这独特的生长结构为忆阻现象的产生提供了物理基础。
2.本发明in2s3薄膜的忆阻器件具有可调的电阻状态和高达105的开关比，通过设置栅极偏置电压和源漏输入脉冲参数，可以有效地实现人工的突触可塑性。
3.本发明in2s3薄膜的忆阻器件具有丰富的晶界，以两端电极的输入电压模拟生物突触的突触前刺激，以两端的输出电流为突触后电流，模拟生物的突触可塑性，不仅可实现包括长期抑制突触可塑性、长期增强突触可塑性、短期抑制突触可塑性和短期增强突触可塑性在内的多种类生物突触功能。也可实现及其在模拟突触的生物可塑性的功能，为丰富扩展二维材料中的忆阻现象功能提供了有效的实例证明。
附图说明
图1为实施例1中in2s3薄膜的扫描电镜图像。
图2为用实施例1中in2s3薄膜的忆阻器件的电极形状。
图3为用实施例1中in2s3薄膜的忆阻器件的高低阻态示意图。
图4为用实施例1中in2s3薄膜的忆阻器件实现的生物可塑性功能。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.采用物理气相沉积法，在具有单一恒温区的水平管式炉中制备大面积二维in2s3连续薄膜；
2.称量20mg的in2s3粉末(99.99％，阿拉丁)，放在石英舟里，并把石英舟放置在水平管式炉的中心恒温区；
3.使用透明胶带剥离1cm×2cm规格大小的氟金云母片：首先，将氟金云母片一侧粘贴在透明胶带上，然后使用干净的刀片在氟金云母片衬底侧边切入一个小口，由于氟金云母片具有良好的解离性，氟金云母片很容易被剥离成两片干净清洁的云母片，使用刚解离的一面作为氟金云母片的正面，氟金云母片正面朝上放置在水平管式炉的下游区域。云母衬底与in2s3粉末的距离为10cm；
4.当in2s3粉末和云母衬底在石英管中放置好之后，密封石英管(石英管的长度55厘米，内径2厘米)。打开氩气，流量为200sccm,通气时间设置为1h，以达到排尽石英管内的空气的目的。然后调整氩气流量为50sccm，开始加热；
5.调节管式炉的温度控制器，使温度从室温升高到980℃，升温速率为60℃/min。当温度达到980℃后，保持恒温10-20min，进行二维in2s3连续薄膜的生长。反应结束后，关闭加热器，氩气仍然保持流量50sccm，直至炉管冷却到室温，制得大面积二维in2s3连续薄膜。
图1为实施例1中in2s3薄膜的扫描电镜图像。从图1中可知，该薄膜由二维的in2s3纳米片连接而成。二维纳米片的横向长度为1～200μm，厚度为0.6～100nm，其相互的连接在薄膜表面形成光学显微镜下清晰可见的物理晶界。
实施例2
将实施例1所得大面积二维in2s3连续薄膜转移到si/sio2衬底上，以in2s3薄膜为沟道材料，使用光刻和蒸镀工艺，在in2s3薄膜上蒸镀50nm厚的金作为器件电极，沟道长度为3μm，制作成in2s3薄膜的忆阻器件，作为忆阻器的一种可选的结构。
实施例3
可以在in2s3薄膜的两端电极的基础上，增加一个或多个电极端口，以实现高低电阻和突触功能的调控；特别的，在垂直于材料二维平面方面增加栅电极，通过场效应来调控水平两端电流。在两端电极之间薄膜材料存在晶界的前提下，其沟道宽度可覆盖10nm～1mm，而电极形状没有特定的要求。
测试所制备的in2s3薄膜的忆阻器件的输出曲线、转移曲线和光响应电流-时间特性曲线。图2为用实施例1中in2s3薄膜的忆阻器件的电极形状。从图2中可知，该忆阻器的主要结构为两电极作为端口的器件。图3为用实施例1中in2s3薄膜的忆阻器件的高低阻态示意图。从图3中可知，该忆阻器件在高真空环境下i-v循环扫描获得了明显的高阻态和低阻态，开关比大于105。图4为用实施例1中in2s3薄膜制得的忆阻器件实现的生物可塑性功能。从图4中可知，在vg＝40v的栅电压和输入脉冲电压为6v，周期为50ms，占空比为50％的条件下，源漏电流呈现出长期抑制突触可塑性；在vg＝40v的栅电压和输入脉冲电压为-6v，周期为50ms，占空比为50％的条件下，源漏电流呈现出长期增强突触可塑性，说明该忆阻器件表现出明显的类生物突触的功能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。