本發(fā)明屬于有機二極管憶阻器件制備領域，具體是一種基于噻吩有機聚合物的神經(jīng)形態(tài)憶阻器及其制備方法。

背景技術：

1、隨著科技的不斷進步，信息技術以及人工智能（ai）技術蓬勃發(fā)展，并已經(jīng)廣泛應用于各種領域，如智能駕駛、ai翻譯、智能制造等。然而，人工智能等需要處理大量數(shù)據(jù)的新興技術的計算目前采用的是傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構，該架構在執(zhí)行神經(jīng)計算時會有固有的能效瓶頸，其計算單元和存儲單元相互分離，數(shù)據(jù)在通訊時會產(chǎn)生大量的能耗和延遲。這種缺陷限制了新興技術的發(fā)展并決定了其上限。相對于此，人腦則可以在極低功耗下實現(xiàn)高效的信息感知、處理以及記憶。因此，開發(fā)模擬人腦或神經(jīng)網(wǎng)絡進行計算的器件可以打破傳統(tǒng)馮·諾依曼瓶頸，是進行高效計算的可行方法。

2、先前的研究嘗試基于互補金屬氧化物半導體（cmos）來模擬人腦神經(jīng)元突觸，然而當器件按摩爾定律進行縮小時，泄露功耗將會變得非常大，從而限制了其工作頻率。近年來，隨著摩爾定律的逐漸失效，神經(jīng)形態(tài)計算逐漸成為一種極具潛力的技術。它的系統(tǒng)具有高度的互聯(lián)性和并行性，能夠在內(nèi)存中直接處理數(shù)據(jù)，同時保持較低的能耗。新興的基于憶阻器的人工突觸器件，或稱為神經(jīng)形態(tài)憶阻器，因具備低功耗、高數(shù)據(jù)存儲密度和快速操作等優(yōu)勢，在模擬大腦突觸可塑性方面引起了越來越多的研究興趣與關注。國際上，神經(jīng)形態(tài)憶阻器的研究主要集中在材料的選擇和器件性能的優(yōu)化上，在眾多憶阻器材料中，聚合物基憶阻器因其優(yōu)良的柔性、可加工性以及相對低廉的生產(chǎn)成本而備受青睞。

3、噻吩有機聚合物如pqt-12（聚3-十二烷基噻吩）作為一種有機半導體材料，因其良好的電導性和熱穩(wěn)定性，在有機電子器件中得到廣泛應用。pqt-12的分子結構中含有長鏈烷基取代基，不僅增強了其溶解性，還提高了電荷遷移率，使其在神經(jīng)形態(tài)憶阻器的應用中具有良好的前景。然而，當前對噻吩有機聚合物作為神經(jīng)形態(tài)憶阻器材料的系統(tǒng)研究仍相對較少，且具有一定的局限性和不穩(wěn)定性。因此，探索噻吩有機聚合物基憶阻器的性能特點以及應用潛力，具有重要的理論價值和實際意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于噻吩有機聚合物的神經(jīng)形態(tài)憶阻器及其制備方法。

2、本發(fā)明提供的基于噻吩有機聚合物的神經(jīng)形態(tài)憶阻器，其結構由上至下包括頂電極、有機活性層、底電極和基底，所述有機活性層由有機聚合物聚3-十二烷基噻吩（pqt-12）制備而成。

3、進一步地，所述有機活性層的制備方法為：

4、將聚3-十二烷基噻吩（pqt-12）溶解于氯仿中配制成聚3-十二烷基噻吩溶液，利用溶液沉積技術，配制好的溶液旋涂成膜在帶有底電極的基底上。

5、進一步地，聚3-十二烷基噻吩溶液的濃度為3?mg?/ml，有機活性層的厚度為50～80?nm。

6、進一步地，所述底電極的材料為氧化銦錫，所述底電極為生長于基底表面的一層氧化銦錫，底電極為神經(jīng)形態(tài)憶阻器的陽極，所述底電極的厚度為130～150?nm。

7、進一步地，所述頂電極的材料為鋁，頂電極為神經(jīng)形態(tài)憶阻器的陰極，所述的頂電極的厚度為90～120?nm。

8、進一步地，所述基底的材料為玻璃。

9、本發(fā)明還進一步包括上述這種噻吩有機聚合物神經(jīng)形態(tài)憶阻器的制備方法，其特征在于包含以下步驟：

10、步驟一、在基底表面生長一層底電極，將帶有底電極的基底，依次使用乙醇、玻璃清洗劑、去離子水超聲清洗，并用普通氮氣吹干，隨后進行烘干、紫外臭氧處理；

11、步驟二、將聚3-十二烷基噻吩溶解在氯仿中配制成聚3-十二烷基噻吩溶液，將聚3-十二烷基噻吩溶液均勻地旋涂在步驟二處理過的材料表面，隨后放入烘箱中退火處理。

12、步驟三、將帶有機活性層的基底，放入真空蒸鍍系統(tǒng)中，通過蒸鍍處理在有機活性層上得到頂電極，頂電極冷卻后得到基于噻吩有機聚合物的神經(jīng)形態(tài)憶阻器。

13、進一步的，所述步驟一中，乙醇、玻璃清洗劑與超純水的超聲清洗時間均為25～30min，紫外臭氧處理時間為10～15分鐘，烘干溫度設定為120℃。

14、進一步的，所述步驟二中，聚3-十二烷基噻吩溶液的濃度為3mg/ml溶液。

15、進一步的，所述步驟二中，借助移液槍將聚3-十二烷基噻吩溶液在步驟一處理好的帶有底電極的基底上旋涂成膜，隨后放入60℃的烘箱中退火30分鐘；所述旋涂工藝為：先在低速500?rpm條件下旋轉9?s，再在高速3000?rpm?條件下旋轉30?s，直到獲取設定厚度的有機活性層，有機活性層厚度為50nm～80nm。

16、進一步的，所述步驟三中，蒸鍍處理時，將真空蒸鍍系統(tǒng)抽真空至腔內(nèi)壓力低于5×10-4?pa后開始蒸鍍頂電極，頂電極蒸鍍速度為1-3??/s，采用晶振控制頂電極厚度，處理結束后，保持該真空狀態(tài)待頂電極冷卻至室溫，頂電極冷卻時間為20～30分鐘。

17、本發(fā)明和現(xiàn)有技術相比，具有如下顯著優(yōu)點：

18、1）本發(fā)明制備的憶阻器具有較低的開關電壓和低功耗特點，這使得其在低能耗的應用中尤其有優(yōu)勢。相比一些無機憶阻器，能以較小的電壓和電流進行操作，降低了能耗，并提高了器件的長期穩(wěn)定性和可靠性。

19、2）本發(fā)明制備的憶阻器具有結構設計簡單和操作簡便的特點，能夠通過溶液沉積方法（旋涂）進行加工，成本低廉。這相對于傳統(tǒng)的硬質(zhì)材料制備方法（如真空蒸鍍）具有明顯的成本優(yōu)勢，并且能夠在大面積、高通量生產(chǎn)中提供更高的效率。

20、3）本發(fā)明制備的憶阻器能夠模擬神經(jīng)突觸的行為，具備類腦計算和神經(jīng)形態(tài)處理能力。這使得它在人工智能、機器學習等領域具有應用優(yōu)勢。與傳統(tǒng)電子計算設備相比，可以高效地執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡任務，具有較高的并行計算能力。

21、4）本發(fā)明制備的憶阻器的有機活性層中的pqt-12作為有機材料，具有較好的柔性，適用于可穿戴設備、柔性電子產(chǎn)品等領域。此外，噻吩有機聚合物還具有生物兼容性，使得本發(fā)明制備的憶阻器在生物醫(yī)學和類腦計算等領域具備潛力。

技術特征：

1.一種基于噻吩有機聚合物的神經(jīng)形態(tài)憶阻器，其特征在于，所述神經(jīng)形態(tài)憶阻器，由上至下包括頂電極、有機活性層、底電極和基底，所述有機活性層由聚3-十二烷基噻吩制備而成。

2.根據(jù)權利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)憶阻器，其特征在于，所述有機活性層的制備方法為：

3.根據(jù)權利要求2所述的神經(jīng)形態(tài)憶阻器，其特征在于，所述聚3-十二烷基噻吩溶液的濃度為3?mg?/ml，有機活性層的厚度為50～80?nm。

4.根據(jù)權利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)憶阻器，其特征在于，所述頂電極的材料為金屬鋁；所述底電極的材料為氧化銦錫；所述基底的材料為玻璃。

5.根據(jù)權利要求1所述的神經(jīng)形態(tài)憶阻器，其特征在于，所述頂電極的厚度為90～120nm；所述底電極的厚度為130～150?nm。

6.權利要求1-5任意一項所述神經(jīng)形態(tài)憶阻器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

7.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，借助移液槍將聚3-十二烷基噻吩溶液在帶有底電極的基底上旋涂成膜，隨后放入60℃的烘箱中退火20~30分鐘。

8.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，所述旋涂工藝為：先在低速500?rpm條件下旋轉9?s，再在高速3000?rpm?條件下旋轉30?s，直到獲取設定厚度的有機活性層。

9.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，乙醇、玻璃清洗劑與超純水的超聲清洗時間均為25～30?min，紫外臭氧處理時間為10～15分鐘。

10.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，蒸鍍處理時，將真空蒸鍍系統(tǒng)抽真空至腔內(nèi)壓力低于5×10-4?pa后開始蒸鍍頂電極，頂電極蒸鍍速度為1-3??/s，采用晶振控制頂電極厚度，處理結束后，保持真空狀態(tài)待頂電極冷卻至室溫。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于噻吩有機聚合物的神經(jīng)形態(tài)憶阻器及其制備方法，屬于有機二極管憶阻器件制備領域。所述神經(jīng)形態(tài)憶阻器由上至下包括頂電極、有機活性層、底電極和基底，有機活性層由噻吩有機聚合物聚3?十二烷基噻吩PQT?12制備。本發(fā)明利用PQT?12作為關鍵材料，模擬生物突觸的可塑性，實現(xiàn)了高效的信息存儲與處理，PQT?12作為有機活性層，具備優(yōu)異的電荷保持能力和低功耗特性。本發(fā)明制備的憶阻器在開關速度、穩(wěn)定性和可擴展性方面表現(xiàn)出優(yōu)異性能，具有廣泛的應用前景，尤其在神經(jīng)形態(tài)計算、低功耗存儲器件以及人工智能系統(tǒng)等領域。

技術研發(fā)人員：李佳鈺,馮姿祎,錢揚周,儀明東,趙強
受保護的技術使用者：南京郵電大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15