一种量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器及其制备方法

1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器及其制备方法。


背景技术：

2.柔性电子器件具有可弯曲、低成本、便携带等特点，在可穿戴健康医疗、智能传感、电子计算、能源电池等领域具有巨大的应用前景。特别地，仿生柔性电子作为其中的重要分支，以模拟生物系统中独特的优势特性而应用于解决实际的生产与生活中遇到的特殊问题与需求，具有极大的应用潜力。
3.人类从环境中获取格式各种的信息并做出适应性反应，其中80％的信息都是来自于视觉系统。为了实现仿生视觉系统的构建，光电传感器与存储计算单元被分别制造，并通过数模转换器连接。尽管这种方案可以在一定程度上模拟人类视觉系统，但是信息的处理效率远远低于生物系统，难以获得广泛应用。利用同一器件实现光学信息感知、信息原位处理与原位存储的方案将极大程度地提高仿生视觉系统的工作效率，在信息的实时捕获与处理方面具有极大的优势。
4.铁电忆阻器是一种典型的非易失性存储器，可以在电压的激励下发生极化翻转，实现电阻的转变，非常适合用构建神经突触器件。铁电神经突触器件可以在同一器件实现原位存储与神经形态计算功能，提高器件的利用率和存算能效。然而，无论是无机铁电层还是有机铁电层均难以对光信号产生响应，限制了其应用于光信息感知的视觉处理系统。探索组合型的材料体系提高器件的光电响应性能已成为开发高效视觉系统的新路径。


技术实现要素：

5.本发明公开一种量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器包括：柔性衬底；底层电极，形成在所述柔性衬底上；复合功能薄膜，由钙钛矿量子点和有机铁电聚合物组成，形成在所述底层电极上；多个相互间隔的透明顶层电极，形成在所述复合功能薄膜上，对器件施加光源信号与电学脉冲信号，利用钙钛矿量子点的光电响应以及铁电聚合物的电导调制功能，模拟人工视觉系统的光信号感知、数据存储与计算。
6.本发明的柔性视觉突触忆阻器中，优选为，所述钙钛矿量子点为cspbbr3，cspbi3，cspbcl3。
7.本发明的柔性视觉突触忆阻器中，优选为，所述有机铁电聚合物为p(vdf-trfe)。
8.本发明的柔性视觉突触忆阻器中，优选为，所述顶层电极为ito、fto、zto。
9.本发明还公开一种量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法，
10.包括以下步骤：在柔性衬底上形成底层电极；在所述底层电极上形成复合功能薄膜，其由钙钛矿量子点和有机铁电聚合物薄膜组成；在所述复合功能薄膜上形成多个相互间隔的透明顶层电极，对器件施加光源信号与电学脉冲信号，利用钙钛矿量子点的光电响应以及铁电聚合物的电导调制功能，模拟人工视觉系统的光信号感知、数据存储与计算。
11.本发明的量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法中，优选为，形成所述复合功能薄膜的步骤，具体包括：利用旋涂法在底层电极上铺满钙钛矿量子点溶液和有机铁电聚合物溶液，转速为2000r/min～5000r/min，旋涂时长为20s～120s；利用热板在60℃～150℃，退火30分钟～6小时。
12.本发明的量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法中，优选为，所述钙钛矿量子点溶液和有机铁电聚合物溶液的比例为1:1。
13.本发明的量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法中，优选为，所述钙钛矿量子点为cspbbr3，cspbi3，cspbcl3。
14.本发明的量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法中，优选为，所述有机铁电聚合物为p(vdf-trfe)。
15.本发明的量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法中，优选为，所述顶层电极为ito、fto、zto。
16.有益效果：
17.(1)利用电子器件模拟生物系统，可以借助生物体系统的优势解决工程问题，实现低成本、有效、工艺简单的器件制备方案。在模拟生物视觉系统时，可以实现器件对信息的原位采集、计算与记忆，使得仿生视觉系统在信息感知、处理与存储等方面的效率得以提高，降低了系统的能耗。
18.(2)通过钙钛矿量子点修饰有机铁电聚合物的方式增加器件的光电响应，解决有机铁电聚合物仅能实现存储与计算的弊端，利用器件功能层的设计实现光感知功能的集成，拓展了器件的应用场景。
19.(3)面向柔性电子的应用需求，选取了具有优异柔韧性的有机材料及钙钛矿量子点材料，使得器件在不同的弯曲应用场景下具有较高稳定性及耐久性，避免了传统氧化物材料在弯折过程中存在的裂纹、漏电等问题。
附图说明
20.图1是量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法的流程图。
21.图2～图4是量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法各阶段的结构示意图。
22.图5是量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器运行原理示意图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指
示或暗示相对重要性。
25.此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
26.图1是量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法的流程图。如图1所示，量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器制备方法包括以下步骤：
27.步骤s1，准备柔性pet衬底100用于制备钙钛矿量子点修饰的柔性视觉突触忆阻器件。柔性衬底还可以是pi、pdms等。
28.步骤s2，利用磁控溅射法在衬底100上制备厚度为30nm～100nm的底层电极101，如图2所示。底层电极的材料可以是pt，au，al，ti，ni等。
29.步骤s3，利用旋涂法在底层电极101上按照1:1的体积比铺满钙钛矿量子点溶液和有机铁电聚合物溶液，转速为2000r/min～5000r/min，旋涂时长20s～120s。随后利用热板在60℃～150℃退火，30分钟～6小时，获得同时具有铁电性和光电响应的复合功能薄膜102，如图3所示。钙钛矿量子点溶液优选为cspbbr3，还可以是cspbi3，cspbcl3无机钙钛矿量子点等；有机铁电聚合物优选为p(vdf-trfe)。
30.步骤s4，利用硬掩膜版和磁控溅射法制备厚度为30nm～100nm的多个相互间隔的透明顶层电极103，完成器件的制备，如图4所示。顶层电极的材料可以是ito、fto、zto等透明导电薄膜。
31.如图5所示，对器件施加光源信号与电学脉冲信号，利用钙钛矿量子点的光电响应以及铁电聚合物的电导调制功能，模拟人工视觉系统的光信号感知与计算，并且由于器件的极化翻转特点，可在完成信息感知和计算的同时实现信号的存储，构建柔性的仿生视觉神经形态计算系统。
32.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。