突触器件及其制作方法与流程

1.本技术涉及半导体器件的领域，尤其是涉及一种突触器件及其制作方法。


背景技术：

2.随着信息技术的高速发展，微电子器件需要处理的数据量和数据复杂度都着想于飞速增长，这对数据分析处理和数据存储都提出了更高的要求。过去几十年，支撑微电子技术高速发展的摩尔定律接近极限，晶体管性能的进一步提升几乎不可能以尺寸缩小这种方式而获得，而如今存算分离的冯诺依曼计算构架，也难以适应大数据时代机器学习和人工智能的需求，难以满足未来爆炸式增长的数据处理需求，大量的功耗浪费在数据和信息的反复交换过程中，导致散热问题日益突出。
3.为了满足未来复杂繁多的数据处理需求，受人脑启发，人们从微电子器件层面创新，制造出能直接用于模拟人脑神经元和突触的突触器件，并集成为类脑的人工神经网络系统，以实现人工大脑的部分功能。有鉴于此，需要提供一种能够有效模拟生物突触的短时程可塑性、长时程可塑性、长时程增强和长时程抑制等可塑性行为，适用于人工神经网络计算的突触器件。


技术实现要素：

4.本技术的主要目的一是提供一种突触器件，可以有效模拟生物突触的短时程、长时程记忆、频率依赖性、长时程增强和长时程抑制等可塑性行为。
5.本发明的主要发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：突触器件，包括：衬底；缓冲层，形成于所述衬底上；底电极层，形成于所述缓冲层上；铁电层，形成于所述底电极层上；半导体光敏层，形成于所述铁电层上；源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极间隔设置于所述半导体光敏层上。
6.通过采用上述技术方案，在底电极层施加电压，源电极、漏电极与底电极层之间形成电位差产生电场，以使半导体光敏层中的光生载流子在电场方向下发生移动，以使源电极、漏电极之间形成导电沟道。在不同能量或不同波长的光照下，光生载流子的浓度会发生改变，导致导电沟道的导电能力发生改变，从而模拟生物突触对光刺激的响应。与此同时，源电极、漏电极与底电极层之间的电场会使铁电层发生铁电场效应（铁电极化效应），使铁电层极化发生翻转，影响光敏半导体层的空穴电子分布，从而改变半导体光敏层的电导，实现调节导电沟道的导电能力的作用。
7.铁电层的极化翻转程度可受电场的精准调控，表现出优异的电导调控性能，而光敏半导体层具有光生载流子高速响应、高带宽和低串扰的特点，两者结合实现光电协同调
控，能够实现突触器件的短时程可塑性以及长时程可塑性，并且两种可塑性能够实现切换，模拟生物突触长时程增强和长时程抑制作用，有着基本的神经形态学习记忆规律，能够模拟人脑神经元和突触，适用于人工神经网络计算中。
8.可选的，所述铁电层的材料包括pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3。
9.通过采用上述技术方案，使铁电层具有铁电性能优异、压电性能优异、热释电性能优异、居里温度较高、易于掺杂和稳定性良好的特点。
10.可选的，所述铁电层的厚度为160nm-250nm。
11.通过采用上述技术方案，利用铁电层的厚度范围限定，使铁电层保持较为稳定的铁电性能，降低退极化场的影响，实现铁电层对于半导体光敏层的电导的精准调控。
12.可选的，所述半导体光敏层的材料包括zno。
13.通过采用上述技术方案，使半导体光敏层对于紫外光敏感，在不同条件的紫外光照射下，半导体光敏层会产生不同数量的光生载流子，并且光生载流子在电场下进行定向移动，进而改变通过源电极或漏电极的电流，以模拟生物突触在光信号刺激下的基本性能。
14.可选的，所述半导体光敏层的厚度为25nm-50nm。
15.通过采用上述技术方案，利用半导体光敏层的厚度范围限定，使半导体光敏层对于光刺激具有较为良好的响应度，降低半导体光敏层厚度过大对电阻值和突触器件开关比的影响，利于铁电层的极化调控。
16.可选的，所述衬底的材料包括云母材料；所述缓冲层的材料为cofe2o4；所述底电极层的材料包括srruo3。
17.通过采用上述技术方案，利用云母材料，使衬底在处理分层后容易获得光滑平整的表面，并且具有较好的热稳定性。利用cofe2o4材料，使缓冲层具有较好的化学稳定性和热稳定性，并且在制作突触器件的过程中，可以使缓冲层致密地生长于衬底上，为后续材料的高质量生长提供基础。利用srruo3材料，使底电极层具有较好的化学稳定性和热稳定性，并且使底电极层和缓冲层具有良好的晶格匹配度，在制作突触器件的过程中，令底电极层适于在缓冲层上外延生长，为后续材料的高质量生长提供基础。
18.可选的，所述底电极层的厚度为30nm-60nm。
19.通过采用上述技术方案，利用底电极层的厚度范围限定，使底电极层能够达到较高的电导率，提高突触器件的性能。
20.本技术的主要目的二是提供一种突触器件的制作方法，可以有效模拟生物突触的短时程、长时程记忆、频率依赖性、长时程增强和长时程抑制等可塑性行为。
21.本发明的主要发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种如上述任一项突触器件的制作方法，包括以下步骤：s1、提供衬底；s2、通过脉冲激光沉积工艺，在衬底上沉积缓冲层；s3、通过脉冲激光沉积工艺，在缓冲层上沉积底电极层；s4、通过脉冲激光沉积工艺，在底电极层上沉积铁电层；s5、通过脉冲激光沉积工艺，在铁电层上沉积半导体光敏层，并在沉积完成后进行冷却；s6、通过电极光刻工艺，在半导体光敏层上利用光刻胶刻画好所需电极图案后进
行金属电极蒸镀，得到源电极和漏电极。
22.通过采用上述技术方案，使用脉冲激光沉积工艺制备突触器件，使突触器件中各个层之间为外延生长，以使各个层之间的结合更加紧密、界面清晰、薄膜结晶质量更高、缺陷更少，并且制备工艺可复制性高。
23.可选的，在步骤s6的具体方法中，包括：s61、在半导体光敏层上使用光刻胶进行涂胶、匀胶、烘胶；s62、利用电子束曝光，在光刻胶上曝光设计好的图案，经过显影后露出需要镀上电极的区域，并通过金属蒸镀镀上金属；s63、剥离掉多余的光刻胶和多余的金属层，得到源电极和漏电极。
24.通过采用上述技术方案，在半导体光敏层上使用光刻胶进行涂胶、匀胶、烘胶，然后使用电子束曝光在光刻胶上曝光设计好的图案，经过显影后露出需要镀上电极的区域，最后通过金属蒸镀镀上金属，经过剥离掉多余的光刻胶和金属层后，可以得到相互分离的源电极和漏电极。
25.可选的，在步骤s2中，沉积气氛为40mtorr-60mtorr，基片温度为580℃-620℃；在步骤s3中，沉积气氛为60mtorr-100mtorr，基片温度为580℃-620℃；在步骤s4中，沉积气氛为150mtorr-250mtorr，基片温度为580℃-620℃；在步骤s5中，沉积气氛为3mtorr-10mtorr，基片温度为380℃-420℃。
26.通过采用上述技术方案，在脉冲激光沉积工艺中，沉积气氛和基片温度是影响突触器件中各个层生长的重要因素，利用对沉积气氛氧气压力的限定和对基片温度的限定，以提高突触器件的结晶质量。
27.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1. 铁电层的极化翻转程度可受电场的精准调控，表现出优异的电导调控性能，而光敏半导体层具有光生载流子高速响应、高带宽和低串扰的特点，两者结合实现光电协同调控，能够实现突触器件的短时程可塑性以及长时程可塑性，并且两种可塑性能够实现切换，模拟生物突触长时程增强和长时程抑制作用，有着基本的神经形态学习记忆规律，能够模拟人脑神经元和突触，适用于人工神经网络计算中。
28.2. 铁电层发生极化翻转后，能够改变光敏半导体层的空穴电子对分布，从而调控光敏半导体层的电导，并且这种调控可以是非易失性的。
29.3.使用脉冲激光沉积工艺制备突触器件，使突触器件中各个层之间为外延生长，以使各个层之间的结合更加紧密、界面清晰、薄膜结晶质量更高、缺陷更少，并且制备工艺可复制性高。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
31.本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术
上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
32.图1是本技术实施例一的突触器件的结构示意图。
33.图2是本技术实施例一的突触器件的制作方法的流程示意图。
34.图3是本技术实施例一的突触器件的xrd图谱。
35.图4是本技术实施例一的突触器件的截面tem图像。
36.图5是本技术实施例一的突触器件的转移曲线示意图。
37.图6是本技术实施例一的突触器件的输出曲线示意图。
38.图7是本技术实施例一的突触器件在不同光照条件下的电流变化特性测试图，用于反映突触器件的长时程可塑性和短时程可塑性。
39.图8是本技术实施例一的突触器件在不同光照间隔下的电流变化特性测试图，用于反映突触器件的长时程增强作用对不同光刺激间隔的依赖性。
40.图9是本技术实施例一的突触器件在不同栅极脉冲电压调控下的电流变化特性测试图，用于反映突触器件的光刺激长时程增强作用和栅极电控长时程抑制作用。
41.附图标记说明：1、衬底；2、缓冲层；3、底电极层；4、铁电层；5、半导体光敏层；6、源电极；7、漏电极。
具体实施方式
42.目前被广泛研究的突触电子器件主要包括双端口结构忆阻器、相变存储器、磁存储器、三端口结构离子栅晶体管、自旋晶体管、铁电突触晶体管等。研究发现，相较于其他类型的突触电子器件，铁电突触晶体管中铁电薄膜的极化翻转程度可受外电场的精准调控，可以表现出优异的电导调控特性，并且铁电突触晶体管能展现出多中间状态、非易失性、优异耐久性、超高线性度和对称性等优异性能，非常适合应用于人工突触功能模拟和人工神经网络电路。但是，普通的铁电突触晶体管依赖于电脉冲激发，存在突触权重在最初的几个电脉冲中变化量比较大、带宽有限、写入噪声多、电阻漂移和互联能量损失较大等缺点，存在技术难点。
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.以下公开提供用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。以下阐述组件及排列的具体实例以简化本公开。当然，这些仅为实例且不旨在进行限制。举例来说，以下说明中将第一特征形成在第二特征“之上”或第二特征“上”可包括其中第一特征与第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征从而使得所述第一特征与所述第二特征可不直接接触的实施例。
45.下面结合说明书附图1-图9对本发明实施例作进一步详细描述。
46.本技术实施例公开一种突触器件及其制作方法。
47.实施例一：参照图1，突触器件包括有衬底1、在衬底1上生长的缓冲层2、在缓冲层2上生长的
底电极层3、在底电极层3上生长的铁电层4、在铁电层4上生长的半导体光敏层5，以及在半导体光敏层5上生长且相互分离的源电极6和漏电极7。其中，衬底1为柔性衬底，缓冲层2、底电极层3、铁电层4和半导体光敏层5均为薄膜结构，突触器件整体结构形成一种柔性外延铁电栅薄膜晶体管。
48.具体的，衬底1的材料选用为云母，利用云母材料，使衬底1在处理分层后容易获得光滑平整的表面，并且具有较好的热稳定性。另一方面，云母材料性价比较高，适用于规划化生产。
49.缓冲层2的材料选用为cofe2o4，缓冲层2为cofe2o4薄膜。cofe2o4薄膜有较好的化学稳定性和热稳定性，并且在制作突触器件的过程中，cofe2o4薄膜可以使缓冲层2致密地生长于衬底1上，为后续材料的高质量生长提供基础。缓冲层2适用的厚度范围为5nm-10nm，在本实施例中，该厚度优选为10nm。
50.底电极层3的材料选用为srruo3，底电极层3为srruo3薄膜，厚度为60nm。srruo3薄膜具有较好的化学稳定性和热稳定性，并且srruo3薄膜和cofe2o4薄膜具有良好的晶格匹配度，在制作突触器件的过程中，可以使srruo3薄膜在cofe2o4薄膜上更佳地外延生长，为后续材料的高质量生长提供基础。srruo3薄膜的厚度为30nm-60nm时能够达到较高的电导率，在本实施例中该厚度优选为60nm，在其他实施例中该厚度可根据实际参数要求进行调整。
51.铁电层4的材料选用铁电材料，在突触器件的结构中，铁电层4一方面作为绝缘栅介质层，可以降低漏电流；另一方面，当底电极层3被施加栅极电压后，铁电层4发生铁电场效应（铁电极化效应），使铁电层4极化发生翻转，而铁电层4的极化翻转会影响光敏半导体层的空穴电子对分布，从而调控光敏半导体层的电导，而由于铁电层4极化的方向受栅极电压的调控，因此可以达到栅极电压调控半导体光敏层5电导的目的。
52.铁电层4的材料选用为pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3，铁电层4为pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜，厚度为230nm。pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜其自身铁电、压电和热释电性能优异,居里温度较高,易于掺杂并具有良好的稳定性。为了使得pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜保持较稳定的铁电性能，降低退极化场的影响，实现对于半导体光敏层5的电导的精准调控，应选用厚度适合的pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜，具体厚度范围为160nm-250nm，在本实施例中，该厚度优选为230nm。在其他实施例中，根据不同的配比，铁电层4的也可选用pb(zr
0.1
ti
0.9
)o3薄膜、pb(zr
0.3
ti
0.7
)o3薄膜或pb(zr
0.5
2ti
0.48
)o3薄膜中的其中一种。
53.半导体光敏层5能够对光刺激作出响应，在不同能量或不同波长的光照下，半导体光敏层5中光生载流子的浓度会发生变化，进而改变半导体光敏层5的导电能力。
54.半导体光敏层5的材料选用为zno，半导体光敏层5为zno薄膜。zno薄膜对于紫外光敏感，在不同的条件（能量或波长）的紫外光照射下，zno薄膜能够产生不同数量的光生载流子，当底电极层3被施加栅极电压产生电场后，光生载流子在电场下进行定向移动，进而改变通过源电极6或漏电极7的电流，以模拟生物突触在光信号刺激下的基本性能。不同的半导体光敏层5对于不同光刺激响应有区别，在其他实施例中，也可以选用igzo铟镓锌氧化物作为光敏半导体层的材料。
55.半导体光敏层5的厚度影响其自身的性能，若厚度过小则会影响其对光刺激的响应度，并且造成半导体光敏层5的电阻过大，影响突触器件的性能；若厚度过大，则会影响突触器件的开关比，不利于铁电层4的极化调控；因此需要选用厚度适合的zno薄膜，具体厚度
范围为25nm-50nm，在本实施例中，该厚度优选为40nm。
56.源电极6和漏电极7统称为源漏金属电极，源漏金属电极的材料可以为pt，可以为au，也可以为ag，在本实施例中，该材料优选为au；源漏金属电极适用的厚度范围为60nm-120nm，在本实施例中，该厚度优选为100nm。
57.本技术实施例一公开的突触器件的实施原理为：在底电极层3施加电压，源漏金属电极与底电极层3之间形成电位差产生电场，以使半导体光敏层5中的光生载流子在电场方向下发生移动，以使源漏金属电极之间形成导电沟道，在源漏金属电极与外部回路连接的状态下，源漏金属电极输出电流。
58.在不同能量或不同波长的光照下，光生载流子的浓度会发生改变，导致导电沟道的导电能力发生改变，以使源漏金属电极输出的电流值发生变化，从而模拟生物突触对光刺激的响应。与此同时，源漏金属电极与底电极层3之间的电场会使铁电层4发生铁电场效应（铁电极化效应），使铁电层4极化发生翻转，影响光敏半导体层的空穴电子分布，从而改变半导体光敏层5的电导，调节导电沟道的导电能力，调节源漏金属电极输出的电流值。进一步的，在底电极层3施加一个负向脉冲电压后，可以导致电流的下降，并且在脉冲间隔稳定，这种非易失性是铁电层4独有的，而铁电层4在负向脉冲电压作用下发生极化翻转，会调控光敏半导体层的电导，这种调控也可以是非易失性的。
59.铁电层4的极化翻转程度可受电场的精准调控，表现出优异的电导调控性能，而光敏半导体层具有光生载流子高速响应、高带宽和低串扰的特点，两者结合实现光电协同调控，能够实现突触器件的短时程可塑性以及长时程可塑性，并且两种可塑性能够实现切换，模拟生物突触长时程增强和长时程抑制作用，有着基本的神经形态学习记忆规律，能够模拟人脑神经元和突触，适用于人工神经网络计算中，并可以通过人工神经网络进行图像识别。
60.相关技术中的铁电突触晶体管依赖于电脉冲激发，存在突触权重在最初的几个电脉冲中变化量比较大、带宽有限、写入噪声多、电阻漂移和互联能量损失较大等缺点。本技术中的突触器件在铁电层4的基础上引入半导体光敏层5，利用半导体光敏层5中的光子高速响应、高带宽和低串扰等特点，实现光电协同调控的多功能基于铁电场效应的光电突触器件，有效模拟生物突触的短时程可塑性、长时程可塑性、长时程增强和长时程抑制等可塑性行为，对于实现人工神经网络计算具有重要意义。
61.本实施例还公开一种突触器件的制作方法，包括以下步骤：参照图1和图2，s1、提供衬底1。
62.s2、通过脉冲激光沉积工艺，在衬底1上沉积缓冲层2，即在衬底1上沉积cofe2o4薄膜。其中，激光能量为300mj，沉积气氛为50mtorr氧气压力，基片温度为600℃。
63.s3、通过脉冲激光沉积工艺，在缓冲层2上沉积底电极层3，即在cofe2o4薄膜上沉积srruo3薄膜。其中，激光能量为300mj，沉积气氛为80mtorr氧气压力，基片温度为600℃。
64.s4、通过脉冲激光沉积工艺，在底电极层3上沉积铁电层4，即在srruo3薄膜上沉积pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜。其中，激光能量为350mj，沉积气氛为200mtorr氧气压力，基片温度为600℃。
65.s5、通过脉冲激光沉积工艺，在铁电层4上沉积半导体光敏层5，即在pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜上沉积zno薄膜，并在沉积完成后进行冷却。其中，激光能量为270mj，沉积气氛为
6mtorr氧气压力，基片温度为400℃，冷却方式为以5℃/min的速度冷却至室温。
66.上述脉冲激光沉积工艺的原理为：将准分子激光器发射出的激光通过反射和聚焦轰击在靶材上，激光可以高温烧蚀靶材表面，产生高温高压的离子体，肉眼可以观察到这一现象，称之为羽辉，等离子体溅射到衬底1上后形成薄膜。在步骤s1-步骤s5沉积薄膜过程中，许多因素影响薄膜的生长，其中最重要的三个因素是激光能量、沉积气氛和基片温度。激光能量、沉积气氛和基片温度的具体参数数值是基于各层薄膜的材料的性质而决定，不同材料根据其居里温度、结晶温度不同，需要设计对应的生长温度。
67.具体的，激光能量是激光作用在靶材表面的能量密度，是决定着薄膜的质量的直接因素。只有能量密度足够高才能成功烧蚀靶材成功。形成能保证了样品与靶材成分一致的克努森层（knudsen layer）。我们可以通过改变激光器的能量输出和石英透镜与靶材之间的距离来改变能量密度。
68.沉积气氛直接影响等离子体的运动速率和成分，在沉积过程中，靶材表面溅射出的等离子体的运动会受到沉积气氛的阻碍。另外，沉积气氛可能与等离子体发生反应，对薄膜的结构成分造成影响。
69.基片温度影响等离子体粒子到达衬底1后的扩散速度，若基片温度较低，则等离子体粒子到达衬底1后只能在衬底1表面缓慢扩散，影响薄膜的结晶质量；反之，若等离子体粒子到达衬底1后移动过快，容易形成团聚或者蒸发，也增加薄膜中的缺陷。
70.s6、通过电极光刻工艺，在半导体光敏层5上利用光刻胶刻画好所需电极图案后进行金属电极蒸镀，得到一系列源电极6和漏电极7。源电极6和漏电极7之间的区域形成沟道，最终获得的沟道长度约为20um，沟道宽度约为0.2mm。
71.在步骤s6的具体方法中，包括：s61、在半导体光敏层5上使用光刻胶进行涂胶、匀胶、烘胶。
72.s62、利用电子束曝光，在光刻胶上曝光设计好的图案，经过显影后露出需要镀上电极的区域，并通过金属蒸镀镀上金属。
73.s63、剥离掉多余的光刻胶和多余的金属层，得到源电极6和漏电极7。获得的沟道长度约为20um，沟道宽度约为0.2mm。
74.本技术实施例一公开的突触器件的制作方法的实施原理为：使用脉冲激光沉积工艺制备突触器件，使突触器件中各个层之间为外延生长，以使各个层之间的结合更加紧密、界面清晰、薄膜结晶质量更高、缺陷更少，并且制备工艺可复制性高。
75.实施例二：突触器件包括有衬底、在衬底上生长的缓冲层、在缓冲层上生长的底电极层、在底电极层上生长的铁电层、在铁电层上生长的半导体光敏层，以及在半导体光敏层上生长且相互分离的源电极和漏电极。
76.具体的，衬底的材料选用为云母。
77.缓冲层为cofe2o4薄膜，厚度为8nm。
78.底电极层为srruo3薄膜，厚度为40nm。
79.铁电层为pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜，厚度为180nm。
80.半导体光敏层为zno薄膜，厚度为50nm。
81.源电极和漏电极统称为源漏金属电极，源漏金属电极的材料为pt，厚度为80nm。
82.本技术实施例二公开的突触器件的实施原理与上述实施例一中突触器件的实施原理相同，在此不再赘述。
83.本实施例还公开一种突触器件的制作方法，包括以下步骤：s1、提供衬底。
84.s2、通过脉冲激光沉积工艺，在衬底上沉积缓冲层，即在衬底上沉积cofe2o4薄膜。其中，激光能量为300mj，沉积气氛为60mtorr氧气压力，基片温度为580℃。
85.s3、通过脉冲激光沉积工艺，在缓冲层上沉积底电极层，即在cofe2o4薄膜上沉积srruo3薄膜。其中，激光能量为300mj，沉积气氛为100mtorr氧气压力，基片温度为580℃。
86.s4、通过脉冲激光沉积工艺，在底电极层上沉积铁电层，即在srruo3薄膜上沉积pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜。其中，激光能量为350mj，沉积气氛为150mtorr氧气压力，基片温度为580℃。
87.s5、通过脉冲激光沉积工艺，在铁电层上沉积半导体光敏层，即在pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜上沉积zno薄膜，并在沉积完成后进行冷却。其中，激光能量为270mj，沉积气氛为4mtorr氧气压力，基片温度为420℃，冷却方式为以5℃/min的速度冷却至室温。
88.s6、通过电极光刻工艺，在半导体光敏层上利用光刻胶刻画好所需电极图案后进行金属电极蒸镀，得到源电极和漏电极。获得的沟道长度约为30um，沟道宽度约为0.3mm。
89.本技术实施例二公开的突触器件的制作方法的实施原理与上述实施例一中的制作方法的实施原理相同，在此不再赘述。
90.实施例三：突触器件包括有衬底、在衬底上生长的缓冲层、在缓冲层上生长的底电极层、在底电极层上生长的铁电层、在铁电层上生长的半导体光敏层，以及在半导体光敏层上生长且相互分离的源电极和漏电极。
91.具体的，衬底的材料选用为云母。
92.缓冲层为cofe2o4薄膜，厚度为5nm。
93.底电极层为srruo3薄膜，厚度为45nm。
94.铁电层为pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜，厚度为250nm。
95.半导体光敏层为zno薄膜，厚度为25nm。
96.源电极和漏电极统称为源漏金属电极，源漏金属电极的材料为ag，厚度为120nm。
97.本技术实施例三公开的突触器件的实施原理与上述实施例一中突触器件的实施原理相同，在此不再赘述。
98.本实施例还公开一种突触器件的制作方法，包括以下步骤：s1、提供衬底。
99.s2、通过脉冲激光沉积工艺，在衬底上沉积缓冲层，即在衬底上沉积cofe2o4薄膜。其中，激光能量为300mj，沉积气氛为60mtorr氧气压力，基片温度为620℃。
100.s3、通过脉冲激光沉积工艺，在缓冲层上沉积底电极层，即在cofe2o4薄膜上沉积srruo3薄膜。其中，激光能量为300mj，沉积气氛为80mtorr氧气压力，基片温度为620℃。
101.s4、通过脉冲激光沉积工艺，在底电极层上沉积铁电层，即在srruo3薄膜上沉积pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜。其中，激光能量为350mj，沉积气氛为250mtorr氧气压力，基片温度为620℃。
102.s5、通过脉冲激光沉积工艺，在铁电层上沉积半导体光敏层，即在pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜上沉积zno薄膜，并在沉积完成后进行冷却。其中，激光能量为270mj，沉积气氛为10mtorr氧气压力，基片温度为420℃，冷却方式为以5℃/min的速度冷却至室温。
103.s6、通过电极光刻工艺，在半导体光敏层上利用光刻胶刻画好所需电极图案后进行金属电极蒸镀，得到源电极和漏电极。获得的沟道长度约为100um，沟道宽度约为1mm。
104.本技术实施例三公开的突触器件的制作方法的实施原理与上述实施例一中的制作方法的实施原理相同，在此不再赘述。
105.实施例四：突触器件包括有衬底、在衬底上生长的缓冲层、在缓冲层上生长的底电极层、在底电极层上生长的铁电层、在铁电层上生长的半导体光敏层，以及在半导体光敏层上生长且相互分离的源电极和漏电极。
106.具体的，衬底的材料选用为云母。
107.缓冲层为cofe2o4薄膜，厚度为6nm。
108.底电极层为srruo3薄膜，厚度为30nm。
109.铁电层为pb(zr
0.2
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0.8
)o3薄膜，厚度为160nm。
110.半导体光敏层为zno薄膜，厚度为30nm。
111.源电极和漏电极统称为源漏金属电极，源漏金属电极的材料为ag，厚度为60nm。
112.本技术实施例四公开的突触器件的实施原理与上述实施例一中突触器件的实施原理相同，在此不再赘述。
113.本实施例还公开一种突触器件的制作方法，包括以下步骤：s1、提供衬底。
114.s2、通过脉冲激光沉积工艺，在衬底上沉积缓冲层，即在衬底上沉积cofe2o4薄膜。其中，激光能量为300mj，沉积气氛为40mtorr氧气压力，基片温度为600℃。
115.s3、通过脉冲激光沉积工艺，在缓冲层上沉积底电极层，即在cofe2o4薄膜上沉积srruo3薄膜。其中，激光能量为300mj，沉积气氛为60mtorr氧气压力，基片温度为600℃。
116.s4、通过脉冲激光沉积工艺，在底电极层上沉积铁电层，即在srruo3薄膜上沉积pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜。其中，激光能量为350mj，沉积气氛为180mtorr氧气压力，基片温度为600℃。
117.s5、通过脉冲激光沉积工艺，在铁电层上沉积半导体光敏层，即在pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜上沉积zno薄膜，并在沉积完成后进行冷却。其中，激光能量为270mj，沉积气氛为3mtorr氧气压力，基片温度为380℃，冷却方式为以5℃/min的速度冷却至室温。
118.s6、通过电极光刻工艺，在半导体光敏层上利用光刻胶刻画好所需电极图案后进行金属电极蒸镀，得到源电极和漏电极。获得的沟道长度约为40um，沟道宽度约为0.4mm。
119.本技术实施例四公开的突触器件的制作方法的实施原理与上述实施例一中的制作方法的实施原理相同，在此不再赘述。
120.实施例一的突触器件的各项测试数据如图2至图所示，对突触器件进行一系列测试表征手段，以证明上述突触器件的结构和多种突触特性。
121.参照图3，为突触器件进行xrd测试后得到的xrd图谱，由图可见，底电极层的srruo3薄膜只有(111)峰，铁电层的pb(zr
0.2
ti
0.8
)o3薄膜只有(111)的峰，半导体光敏层的
zno薄膜只有(002)峰，没有其它杂峰的出现，由此可以表明srruo3薄膜、pb(zr
0.2
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0.8
)o3薄膜和zno薄膜是外延生长关系。
122.参照图4，为突触器件的截面tem（透射电镜）图像，图中显示了mica（衬底）/cfo（缓冲层，cofe2o4薄膜）/sro（底电极层，srruo3薄膜）/pzt（铁电层，pb(zr
0.2
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0.8
)o3薄膜）/zno（半导体光敏层，zno薄膜）的界面，进一步证实突触器件中各层薄膜之间的外延关系，展示了良好的结晶质量。
123.参照图5，为突触器件的转移曲线（转移特性曲线）的测试图（测试一个循环），由图可见，栅极电压vg的范围从-6v逐渐增大到6v，漏极电压vd=4v，源漏极电流ids在线性区随着栅极电压vg的増大而增加，随着栅极电压vg的减小而减少，说明了栅极电压对源漏极电流ids的良好调控。
124.参照图6，为突触器件的输出曲线的测试图，由图可见，栅极电压vg的范围从0v逐渐增大到4v，源漏极电流ids在线性区随着漏极电压vds的増大而线性增加，器件工作在饱和区时，当vg＝4v，vds＝6v时最大饱和电流为ids＝172.18ua，表明突触器件具有良好的晶体管特性。
125.参照图7，为突触器件的电流变化特性测试图，其中，突触器件在不同条件的紫外光和不同的照射时间分别进行测试。图中曲线（a1）对应突触器件在0.48mw/cm2紫外光下照射5s后源漏极电流ids的变化特性曲线；曲线（a2）对应突触器件在0.26mw/cm2紫外光下照射5s后源漏极电流ids的变化特性曲线；曲线（a3）对应突触器件在0.18mw/cm2紫外光下照射2s后源漏极电流ids的变化特性曲线。
126.通过对比曲线（a1）、曲线（a2）和曲线（a3）可见，在强光强刺激下，即受较强较久的光刺激后，突触器件在高于基态的电流能够保持较长时间，对应于在强光强刺激下生物突触的长时程可塑性；在弱光强刺激下，即受较弱较短的光刺激后，突触器件在高于基态的电流能够保持较短时间，对应于在弱光强刺激下生物突触的短时程可塑性。
127.参照图8，为突触器件的电流变化特性测试图，其中，突触器件在相同条件的紫外光的间隔照射下进行测试，紫外光为0.26mw/cm2，相邻两次照射之间的间隔时间不同。图中曲线（b1）对应突触器件在紫外光下每次照射2s，每两次照射的间隔时间为3s；图中曲线（b2）对应突触器件在紫外光下每次照射2s，每两次照射的间隔时间为10s；图中曲线（b3）对应突触器件在紫外光下每次照射2s，每两次照射的间隔时间为20s。
128.通过对比曲线（b1）、曲线（b2）和曲线（b3）可见，间隔时间越短的紫外光刺激，即光刺激频率越大，突触器件产生的光生载流子越多，导致源漏极电流ids越大，对应着生物突触对于刺激频率的依赖性。
129.参照图9，为突触器件的电流变化特性测试图，其中，先给予突触器件在0.26mw/cm2紫外光下，每次照射2s，每两次照射之间间隔8s的64个紫外光脉冲刺激，导致源漏极电流ids的增强，对应于生物突触的长时程增强作用；然后，给予突触器件64个脉冲峰值为-0.5v，脉宽为6s,脉冲间隔时间为4s的栅极脉冲电压（负向栅极脉冲电压），铁电层在负向栅极脉冲电压作用下发生极化翻转，调控光敏半导体层的电导，导致源漏极电流ids的减弱，在脉冲间隔稳定，多个负向栅极脉冲电压形成了长时程抑制作用使得源漏极电流ids回到初始态，对应于生物突触的长时程抑制作用。
130.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，尽管参照较佳
实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。