可拉伸/可贴合记忆器件的制备及其在突触仿生中的应用

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:magy_java2009
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神经突触是实现大脑学习和记忆功能的基本单元之一。研究电子仿真突触是构建人工神经网络的重要一步,为发展能捕捉复杂环境信息的新一代计算机打下基础。传统的神经电子突触由数十个晶体管和电容器组成,其制备过程复杂、成本高昂并且功耗较高。相比之下,目前人们研制出的两端忆阻器件和三端突触晶体管结构简单,极有利于提高集成度和降低功耗。因此,近年来基于此进行对神经突触的仿真模拟一直是研究热点。大多数报道的两端忆阻器件是用无机介质材料(如WOx,Cu2S和Ag2S)以及刚性衬底(如Si,Si/SiO2和玻璃)制备的。三端突触晶体管更是倾向于无机半导体,并且大多是以刚性玻璃或Si片为衬底。但是应用于生物医学领域的仿生电子突触,需要具备良好的柔性和生物相容性。然而,上述提到的制备突触仿生器件的材料大多是无机材料,不适合制备柔性、可穿戴电子器件。人们发现,与无机材料相比,有机材料具有良好的柔韧性,而且具有质轻、成本低和易于加工等优点,因此逐渐把目光转移到对有机材料的研究与利用上。到目前为止,关于柔性仿生电子突触器件的报道很少。为了使人工智能仿生系统满足可穿戴电子设备的市场需求,因此柔/弹性突触仿生器件的研发与制备十分重要。针对以上问题,本工作采用内嵌电极技术,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体为支撑层,制备可拉伸/可随形贴合的记忆器件,并探究其在突触仿生中的应用。主要内容如下:1.以Ag纳米颗粒掺杂的高弹性热塑性聚氨酯(TPU:Ag NPs)和PDMS为中间层和支撑层,基于柔性内嵌电极技术,通过氧等离子体处理、转移对正等方法制备了可拉伸/可随形贴合的两端忆阻器。此器件在拉伸应变为60%的状态下仍能模拟突触功能,并且能够在不规则的曲面上实现随形贴合。这些结果表明了利用有机材料制备可穿戴柔性人工智能电子器件的可能性。2.通过比较使用三种不同绝缘层的有机场效应晶体管(OFET)的性能,发现以有机硅作为绝缘层的晶体管具有模拟生物突触的能力,并研究了其模拟功能,包括兴奋性突触后电流(EPSC)和突触权重的增强/抑制行为。此外,通过红外表征和KPFM等方法得出结论:迟滞现象源于绝缘层中极性官能团的存在,并且迟滞窗口的大小与半导体薄膜形貌有关。这些结论为制备可贴合的突触晶体管提供了可行性。3.基于有机硅为绝缘层,结合柔性内嵌电极技术,通过氧等离子体处理、转移对正等方法制备了可贴合突触晶体管。此晶体管即使粘附在三维曲面上仍能模拟突触功能,表明其具有制备可穿戴人工智能电子设备的潜力。
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