聚乙烯吡咯烷酮基突触晶体管的制备及其性能研究

作     者：王雨霏 

作者单位：黑龙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙艳梅

授予年度：2024年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：突触晶体管 聚乙烯吡咯烷酮 突触可塑性 电学特性 稳定性 

摘      要：随着信息技术的快速发展,对于模拟人脑功能的高效智能器件的需求日益增加。突触晶体管是一类模拟生物神经突触行为的电子器件,它们在类脑计算和人工智能领域中扮演关键角色。这些器件能够模仿生物突触中的信息传递机制,通过电导的可调节性实现信号的存储和处理以模拟生物突触的学习和记忆功能。 本文以聚乙烯吡咯烷酮作为沟道层的基体材料,将纳米材料二硫化钼共混其中以调节沟道的电导率,分别采用聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯吡咯烷酮作为绝缘层,利用旋转涂膜法和真空蒸镀工艺制备了底栅顶结构的聚乙烯吡咯烷酮基突触晶体管。通过对比实验发现,聚甲基丙烯酸甲酯作绝缘层时器件阈值电压更小,开关比更高,器件性能更加优异。考察了聚乙烯吡咯烷酮基晶体管的长期稳定性和直流栅压正应力对器件性能的影响。此外,为了评估温度变化对器件性能的影响,在不同温度下测试了器件的电学性能,并在器件从50℃恢复至室温后参数进行了分析。基于聚乙烯吡咯烷酮基晶体管沟道内载流子的输运与生物突触中神经递质在前后神经元间传递的相似性,利用聚乙烯吡咯烷酮基晶体管仿生了突触的多种行为,包括:突触的兴奋突触后电流响应、双脉冲易化、学习-遗忘行为、尖峰时间依赖可塑性、尖峰幅值依赖可塑性、尖峰速率依赖可塑性等行为仿生。通过这些综合测试和调控,研究了聚乙烯吡咯烷酮基突触晶体管在各种条件下的性能稳定性和可靠性,为其在高级计算和仿生系统中的应用奠定了坚实的基础。