基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管及其制备方法

1.本发明属于半导体器件领域，具体来说涉及一种基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管及其制备方法。


背景技术：

2.在传统的计算系统中，由于冯诺依曼瓶颈的存在，存储器和处理单元的分离严重限制了信息处理的效率。相比之下，人脑由约10
11
个神经元和10
15
个突触组成因此可以实现高效的并行计算。突触作为神经元之间信号传输的基本单元，是人脑计算系统中的核心部分。因此，受人脑计算系统启发，发展人工神经形态器件尤其是人工突触器件是实现低功耗以及高效数据处理系统的重要途径。人脑中同时存在兴奋型突触和抑制型突触，这两种突触的结合即双向突触对于实现神经系统的多种功能起了至关重要的作用。因此双向人工突触器件对于模拟人类神经系统不可或缺。
3.相对于电刺激的人工突触器件，光刺激的人工突出器件具有高密度整合、高带宽，低功耗和低串扰的优势。然而由于大多数光电器件对光刺激表现出正响应，因此很难实现光刺激的双向人工突触。此外，大多数报道的基于多晶材料的光刺激的突触器件由于结构无序、激子分离效率低以及响应度较差，阻碍了它们的进一步应用。因此，构建具有双向调制和高性能的光刺激突触器件具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管，该双向光突触晶体管器件为底栅顶接触结构，向该双向光突触晶体管施加正栅压和正源漏电压，同时施加光脉冲，双向光突触晶体管表现出负响应光突触；向该双向光突触晶体管施加负栅压和正源漏电压，同时施加光脉冲，双向光突触晶体管表现出正响应光突触。
5.本发明的另一目的是提供上述基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管的制备方法。
6.本发明的另一目的是提供二维分子晶体异质结在场效应晶体管中实现双向光突触的应用。
7.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
8.一种基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管，包括：栅极、绝缘层、捕获层、有源层、源极和漏极，所述栅极、绝缘层、捕获层和有源层平行设置并从下至上依次连接，所述源极和漏极平行设置并连接在所述有源层的上表面，其中，所述有源层为二维分子晶体异质结。
9.在上述技术方案中，有源层为p型半导体二维分子晶体和其上放置的n型半导体二维分子晶体，p型半导体二维分子晶体和n型半导体二维分子晶体通过范德华相互作用结合形成有源层。
10.在上述技术方案中，所述p型半导体二维分子晶体的厚度为2-30nm，所述n型半导体二维分子晶体的厚度为1-5nm。
11.在上述技术方案中，所述有源层的厚度为3-35nm。
12.在上述技术方案中，所述捕获层的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，所述捕获层的厚度为10-20nm。
13.在上述技术方案中，所述栅极为硅片，所述绝缘层的材质为二氧化硅。
14.在上述技术方案中，所述源极和漏极各为上表面覆盖金膜的银电极，所述源极和漏极的厚度各为100-160nm，所述金膜的厚度为50-80nm。
15.上述基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管的制备方法，包括以下步骤：
16.s1，在衬底上制备捕获层，其中，所述衬底为覆盖有绝缘层的栅极；
17.在s1中，通过旋涂方法在衬底上制备捕获层。
18.在s1中，制备捕获层的方法为：将聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)均匀分散在第一溶剂中，得到第一溶液，将所述第一溶液覆盖在所述绝缘层上，退火，得到所述捕获层。
19.在上述技术方案中，所述第一溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为2-3mg/ml，所述第一溶剂为氯苯或甲苯。
20.s2，在所述捕获层上制备有源层：在所述捕获层上放置p型半导体二维分子晶体，再在所述p型半导体二维分子晶体上放置n型半导体二维分子晶体，在所述捕获层上得到所述有源层；
21.在s2中，制备半导体二维分子晶体的方法为：将表面活性剂、有机半导体和有机溶剂混合，得到混合溶液，在液态基底上滴加30-60μl混合溶液，20-25℃放置至有机溶剂挥发，得到半导体二维分子晶体，其中，所述半导体二维分子晶体为p型半导体二维分子晶体或n型半导体二维分子晶体，当所述半导体二维分子晶体为p型半导体二维分子晶体时，所述有机半导体为p型半导体，当所述半导体二维分子晶体为n型半导体二维分子晶体时，所述有机半导体为n型半导体。
22.在上述技术方案中，所述混合溶液中表面活性剂的浓度为0.0001-0.001mg/ml，所述混合溶液中有机半导体的浓度为0.5-1mg/ml。
23.在上述技术方案中，所述表面活性剂为全氟辛酸钠或全氟辛酸钾，有机溶剂为氯苯或甲苯，液态基底为丙三醇或水。
24.s3，将源极和漏极转移至所述有源层的上表面，得到所述双向光突触晶体管。
25.在s3中，所述源极和漏极分别为上表面覆盖有金膜的银电极。
26.一种二维分子晶体异质结在场效应晶体管中实现双向光突触的应用。
27.在上述技术方案中，向场效应晶体管施加正栅压和正源漏电压，同时施加光脉冲，场效应晶体管表现出负响应光突触；向场效应晶体管施加负栅压和正源漏电压，同时施加光脉冲，场效应晶体管表现出正响应光突触。
28.本发明基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管表现出双极性电荷传输特性，并且其在正负栅压下光响应也表现出双极性，即正栅压下表现出光抑制，负栅压下表现出光增强。基于此，可以在同一光脉冲、不同栅压下得到双向光突触器件。与以往报道的双向光突触相比，该基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管可以在同一个波长的光以及同一个器件中实现双向光突触的调节。简化了器件制备工艺并且避免了不同光源的切
换。
29.本发明中采用二维分子晶体异质结作为活性层材料，由于其原子级平整的表面，超薄的厚度以及高度有序的结构，基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管表现出优异的光响应度并且在弱光下可以表现出双向光突触行为。
附图说明
30.图1为基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管的结构示意图；
31.图2为制备有源层的过程示意图；
32.图3为实施例1中二维分子晶体异质结的光学显微镜图，其中，(a)为二维分子晶体异质结的光学显微镜图，(b)为二维分子晶体异质结的偏光显微镜图，(c)为样品台转动45度后的二维分子晶体异质结的偏光显微镜图；
33.图4为实施例1制备所得的基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管在不同光强的光照下的转移曲线；
34.图5的a为实施例1制备所得的基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管的兴奋性突触后电流(epsc)图，图5的b为实施例1制备所得的基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管的抑制性突触后电流(ipsc)图；
35.图6的a为对比例1制备所得光突触晶体管在不同光强的光照下的转移曲线，图6的b为对比例1制备所得光突触晶体管兴奋性突触后电流(epsc)图；
36.图7的a为对比例2制备所得光突触晶体管在不同光强的光照下的转移曲线，图7的b为对比例2制备所得光突触晶体管的兴奋性突触后电流(epsc)图。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本发明的基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管及其制备方法进行详细说明。
38.下述实施例中所涉及药品的购买源如下：
39.dtt-8([3,2-b:20,30-d]噻吩衍生物)，纯度≥99％，购买于上海大然化学有限公司。
[0040][0041]
tft-cn(呋喃噻吩喹啉化合物)，纯度≥99％，购买于上海大然化学有限公司。
[0042][0043]
c6-dpa((2,6-双(4-己基苯基)蒽),纯度≥99％，购买于上海大然化学有限公司。
[0044][0045]
全氟辛酸钠(表面活性剂)，纯度≥97％，购买于sigma-aldrich。
[0046]
聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)(mw≈12000)购买于sigma-aldrich。
[0047]
十八烷基三氯硅烷购买自北京百灵威科技有限公司，纯度≥98％。
[0048]
衬底购买自中国电科第46所，衬底在使用前先后依次在超纯水、丙酮、异丙醇中各超声清洗10分钟，用氮气吹干后放置于等离子机腔体中于80w功率条件下等离子体处理10min。
[0049]
下述实施例1、实施例2和对比例2中源极和漏极(长宽比为4:5)的制备方法：用十八烷基三氯硅烷修饰衬底，然后用铜网作为掩模版贴在十八烷基三氯硅烷修饰后的衬底上，沉积厚度为80nm的银膜，接着沉积80nm厚的金膜，进行保护，揭下铜网，在衬底上得到待转移的源极和漏极。
[0050]
下述对比例1中源极和漏极(长宽比为4:5)的制备方法：用十八烷基三氯硅烷修饰衬底，然后用铜网作为掩模版贴在十八烷基三氯硅烷修饰后的衬底上，沉积厚度为160nm的金膜，揭下铜网，在衬底上得到待转移至p型半导体二维分子晶体的上表面的源极和漏极。
[0051]
用十八烷基三氯硅烷修饰衬底的方法为：将等离子处理的1cm
×
1cm的衬底放入表面皿中，两者一起放入60l烘箱中抽真空加热至90℃并保持60min，以除掉衬底表面的水分。接着将1μl十八烷基三氯硅烷滴在硅片周围，抽真空加热至120℃并保持120min。停止加热，冷却后取出衬底，先后依次用三氯甲烷、正己烷、异丙醇各超声清洗10min，氮气吹干。
[0052]
实施例1
[0053]
如图1所示，基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管，包括：厚度为400μm的栅极、厚度为300nm的绝缘层、厚度为10nm的捕获层、厚度为12.1nm的有源层、厚度为160nm的源极和厚度为160nm的漏极，栅极、绝缘层、捕获层和有源层平行设置并从下至上沿竖直方向依次连接，源极和漏极平行设置并连接在有源层的上表面，其中，栅极为1cm
×
1cm的硅片，绝缘层为sio2层，捕获层的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，有源层为二维分子晶体异质结，有源层为厚度10.5nm的p型半导体二维分子晶体和其上放置的1.6nm厚度的n型半导体二维分子晶体，p型半导体二维分子晶体和n型半导体二维分子晶体通过范德华相互作用结合形成有源层；源极和漏极各为上表面覆盖80nm厚金膜的银电极。
[0054]
上述基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0055]
s1，将覆盖有绝缘层的栅极作为衬底，在衬底上制备捕获层：将聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)均匀分散在第一溶剂中，得到第一溶液，将第一溶液通过旋涂(旋涂的参数为：转速为3000r/s，时间为50s)覆盖在绝缘层上，120℃下退火10分钟，得到捕获层，其中，第一溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为3mg/ml，第一溶剂为氯苯。
[0056]
s2，下述制备p型半导体二维分子晶体的方法和制备n型半导体二维分子晶体的方法除了采用的有机半导体不同之外其余相同。如图2所示，具体如下：
[0057]
制备p型半导体二维分子晶体的方法为：将表面活性剂、p型半导体(作为有机半导体)和有机溶剂混合，得到混合溶液，混合溶液中表面活性剂的浓度为0.0005mg/ml，混合溶液中p型半导体的浓度为1mg/ml，向70mm
×
35mm的称量瓶中倒入液态基底，在液态基底上滴加50μl混合溶液，20℃放置12h至有机溶剂挥发，在液态基底上得到p型半导体二维分子晶体，表面活性剂为全氟辛酸钠，p型半导体为dtt-8，有机溶剂为氯苯，液态基底为丙三醇。
[0058]
制备n型半导体二维分子晶体的方法为：将表面活性剂、n型半导体(作为有机半导体)和有机溶剂混合，得到混合溶液，混合溶液中表面活性剂的浓度为0.0005mg/ml，混合溶
液中n型半导体的浓度为1mg/ml，向70mm
×
35mm的称量瓶中倒入液态基底，在液态基底上滴加50μl混合溶液，20℃放置12h至有机溶剂挥发，在液态基底上得到n型半导体二维分子晶体，表面活性剂为全氟辛酸钠，n型半导体为tft-cn，有机溶剂为氯苯，液态基底为丙三醇。
[0059]
在捕获层上制备有源层：将含有捕获层的衬底(捕获层一面朝下)扣在液态基底的p型半导体二维分子晶体上，使p型半导体二维分子晶体转移至捕获层的表面，用去离子水清洗掉表面的液态基底，并用氮气吹干，再将含有捕获层、p型半导体二维分子晶体的衬底(p型半导体二维分子晶体一面朝下)扣在液态基底的n型半导体二维分子晶体上，使n型半导体二维分子晶体转移至p型半导体二维分子晶体的表面，用去离子水清洗掉表面的液态基底，并用氮气吹干，在捕获层上得到有源层。
[0060]
s3，用探针将源极和漏极转移至有源层的上表面，得到基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管。
[0061]
图3为二维分子晶体异质结的光学显微镜图，可以看出该二维分子晶体异质结具有清晰的边界，在偏光下转动45
°
后，晶体有明显的明暗变化证明得到的晶体为单晶。
[0062]
对基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管施加不同光强的光照，其转移曲线如图4所示。该器件表现出明显的双极性特性，在施加365nm的光照后，转移曲线向右飘移，因此导致该器件在负栅压状态下表现出光增强，而在正栅压时表现出光抑制。随着光强增大，其转移曲线向右飘移更加明显。
[0063]
双向光突触的测试如下：在源极和漏极之间施加的10v恒定电压，当栅极电压设为-10v时，施加365nm光脉冲1s(0.15mw cm-2
光强)。其epsc响应如图5的a所示；当栅极电压设为60v时，施加365nm光脉冲，其ipsc响应如图5的b所示。因此，可以通过栅压的调控在同一个双向光突触晶体管器件中实现双向光调控。
[0064]
基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管的机理为：由于下层p型半导体最为主要吸光层，光生激子在正负栅压下转移方向不同，在正栅压状态下，下层p型半导体产生光生空穴转移到上层n型半导体中造成p掺杂，因此电流减小；而在负栅压状态下，下层p型半导体产生光生电子转移到上层n型半导体中，而空穴留在p型半导体中，因此电流增大。
[0065]
通过计算，获得实施例1制备所得双向光突触晶体管的光响应度为3.58
×
104a w-1
。
[0066]
实施例2
[0067]
如图1所示，基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管，包括：厚度为400μm的栅极、厚度为300nm的绝缘层、厚度为10nm的捕获层、厚度为4.3nm的有源层、厚度为160nm的源极和厚度为160nm的漏极，栅极、绝缘层、捕获层和有源层平行设置并从下至上沿竖直方向依次连接，源极和漏极平行设置并连接在有源层的上表面，其中，栅极为1cm
×
1cm的硅片，绝缘层为sio2层，捕获层的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，有源层为二维分子晶体异质结，有源层为厚度2.7nm的p型半导体二维分子晶体和其上放置的厚度1.6nm的n型半导体二维分子晶体，p型半导体二维分子晶体和n型半导体二维分子晶体通过范德华相互作用结合形成有源层；源极和漏极各为上表面覆盖80nm厚金膜的银电极。
[0068]
上述基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0069]
s1，将覆盖有绝缘层的栅极作为衬底，在衬底上制备捕获层：将聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)均匀分散在第一溶剂中，得到第一溶液，将第一溶液通过旋涂(旋涂的参数为：转速
为3000r/s，时间为50s)覆盖在绝缘层上，120℃下退火10分钟，得到捕获层，其中，第一溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为3mg/ml，第一溶剂为氯苯。
[0070]
s2，
[0071]
制备p型半导体二维分子晶体的方法为：将表面活性剂、p型半导体(作为有机半导体)和有机溶剂混合，得到混合溶液，混合溶液中表面活性剂的浓度为0.0005mg/ml，混合溶液中p型半导体的浓度为0.5mg/ml，向70mm
×
35mm的称量瓶中倒入液态基底，在液态基底上滴加50μl混合溶液，20℃放置12h至有机溶剂挥发，在液态基底上得到p型半导体二维分子晶体，表面活性剂为全氟辛酸钠，p型半导体为c6-dpa，有机溶剂为甲苯，液态基底为丙三醇。
[0072]
制备n型半导体二维分子晶体的方法为：将表面活性剂、n型半导体(作为有机半导体)和有机溶剂混合，得到混合溶液，混合溶液中表面活性剂的浓度为0.0005mg/ml，混合溶液中n型半导体的浓度为1mg/ml，向70mm
×
35mm的称量瓶中倒入液态基底，在液态基底上滴加50μl混合溶液，20℃放置12h至有机溶剂挥发，在液态基底上得到n型半导体二维分子晶体，表面活性剂为全氟辛酸钠，n型半导体为tft-cn，有机溶剂为氯苯，液态基底为丙三醇。
[0073]
在捕获层上制备有源层：将含有捕获层的衬底(捕获层一面朝下)扣在液态基底的p型半导体二维分子晶体上，使p型半导体二维分子晶体转移至捕获层的表面，用去离子水清洗掉表面的液态基底，并用氮气吹干，再将含有捕获层、p型半导体二维分子晶体的衬底(p型半导体二维分子晶体一面朝下)扣在液态基底的n型半导体二维分子晶体上，使n型半导体二维分子晶体转移至p型半导体二维分子晶体的表面，用去离子水清洗掉表面的液态基底，并用氮气吹干，在捕获层上得到有源层。
[0074]
s3，用探针将源极和漏极转移至有源层的上表面，得到双向光突触晶体管。
[0075]
实施例2获得的双向光突触晶体管的性能与实施例1获得的双向光突触晶体管基本一致。通过计算，获得实施例2制备所得双向光突触晶体管的光响应度为3
×
104a w-1
。
[0076]
对比例1
[0077]
一种基于二维分子晶体的光突触晶体管，包括：厚度为400μm的栅极、厚度为300nm的绝缘层、厚度为10nm的捕获层、厚度为10.5nm的p型半导体二维分子晶体、厚度为160nm的源极和厚度为160nm的漏极，栅极、绝缘层、捕获层和p型半导体二维分子晶体平行设置并从下至上沿竖直方向依次连接，源极和漏极平行设置并连接在p型半导体二维分子晶体的上表面，其中，栅极为1cm
×
1cm的硅片，绝缘层为sio2层，捕获层的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，源极和漏极各为上表面覆盖80nm厚金膜的银电极。
[0078]
上述基于二维分子晶体的光突触晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0079]
s1，将覆盖有绝缘层的栅极作为衬底，在衬底上制备捕获层：将聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)均匀分散在第一溶剂中，得到第一溶液，将第一溶液通过旋涂(旋涂的参数为：转速为3000r/s，时间为50s)覆盖在绝缘层上，120℃下退火10分钟，得到捕获层，其中，第一溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为3mg/ml，第一溶剂为氯苯。
[0080]
s2，制备p型半导体二维分子晶体的方法为：将表面活性剂、p型半导体(作为有机半导体)和有机溶剂混合，得到混合溶液，混合溶液中表面活性剂的浓度为0.0005mg/ml，混合溶液中p型半导体的浓度为1mg/ml，向70mm
×
35mm的称量瓶中倒入液态基底，在液态基底上滴加50μl混合溶液，20℃放置12h至有机溶剂挥发，在液态基底上得到p型半导体二维分
子晶体，表面活性剂为全氟辛酸钠，p型半导体为dtt-8，有机溶剂为甲苯，液态基底为丙三醇。
[0081]
在捕获层上转移p型半导体二维分子晶体：将含有捕获层的衬底(捕获层一面朝下)扣在液态基底的p型半导体二维分子晶体上，使p型半导体二维分子晶体转移至捕获层的表面，用去离子水清洗掉表面的液态基底，并用氮气吹干，在捕获层上得到p型半导体二维分子晶体。
[0082]
s3，用探针将源极和漏极转移至p型半导体二维分子晶体的上表面，得到光突触晶体管。
[0083]
对对比例1制备所得基于二维分子晶体的光突触晶体管施加不同光强的光照，其转移曲线如图6的a所示,可以看出该基于二维分子晶体的光突触晶体管表现出p型转移特性，并且加365nm光照后转移曲线发生移动。随着光强的增大，其转移曲线移动的程度变大。在365nm的光脉冲(1.7mw cm-2
光强)照射1s下其epsc响应如图6的b所示。该基于二维分子晶体的光突触晶体管表现出光增强突触行为而不能表现出光抑制突触行为。
[0084]
对比例2
[0085]
一种基于二维分子晶体的光突触晶体管，包括：厚度为400μm的栅极、厚度为300nm的绝缘层、厚度为10nm的捕获层、厚度为1.6nm的n型半导体二维分子晶体、厚度为160nm的源极和厚度为160nm的漏极，栅极、绝缘层、捕获层和n型半导体二维分子晶体平行设置并从下至上沿竖直方向依次连接，源极和漏极平行设置并连接在n型半导体二维分子晶体的上表面，其中，栅极为1cm
×
1cm的硅片，绝缘层为sio2层，捕获层的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，源极和漏极各为上表面覆盖80nm厚金膜的银电极。
[0086]
上述基于二维分子晶体的光突触晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0087]
s1，将覆盖有绝缘层的栅极作为衬底，在衬底上制备捕获层：将聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)均匀分散在第一溶剂中，得到第一溶液，将第一溶液通过旋涂(旋涂的参数为：转速为3000r/s，时间为50s)覆盖在绝缘层上，120℃下退火10分钟，得到捕获层，其中，第一溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为3mg/ml，第一溶剂为氯苯。
[0088]
s2，制备n型半导体二维分子晶体的方法为：将表面活性剂、n型半导体(作为有机半导体)和有机溶剂混合，得到混合溶液，混合溶液中表面活性剂的浓度为0.0005mg/ml，混合溶液中n型半导体的浓度为1mg/ml，向70mm
×
35mm的称量瓶中倒入液态基底，在液态基底上滴加50μl混合溶液，20℃放置12h至有机溶剂挥发，在液态基底上得到n型半导体二维分子晶体，表面活性剂为全氟辛酸钠，n型半导体为tft-cn，有机溶剂为氯苯，液态基底为丙三醇。
[0089]
在捕获层上制备n型半导体二维分子晶体：将含有捕获层的衬底(捕获层一面朝下)扣在液态基底的n型半导体二维分子晶体上，使n型半导体二维分子晶体转移至捕获层的表面，用去离子水清洗掉表面的液态基底，并用氮气吹干，在捕获层上得到n型半导体二维分子晶体。
[0090]
s3，用探针将源极和漏极转移至n型半导体二维分子晶体的上表面，得到光突触晶体管。
[0091]
对对比例2制备所得基于二维分子晶体的光突触晶体管施加不同光强的光照，其转移曲线如图7的a所示，可以看出该二维分子晶体晶体管器件表现出n型转移特性，并且加
365nm光照后转移曲线发生移动。随着光强增大，其转移曲线移动的程度变大。在365nm的光脉冲(3.6mw cm-2
光强)照射1s下其epsc响应如图7的b所示。该基于二维分子晶体的光突触晶体管表现出光增强突触行为而不能表现出光抑制突触行为。
[0092]
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管，其特征在于，包括：栅极、绝缘层、捕获层、有源层、源极和漏极，所述栅极、绝缘层、捕获层和有源层平行设置并从下至上依次连接，所述源极和漏极平行设置并连接在所述有源层的上表面，其中，所述有源层为二维分子晶体异质结。2.根据权利要求1所述的双向光突触晶体管，其特征在于，有源层为p型半导体二维分子晶体和其上放置的n型半导体二维分子晶体，p型半导体二维分子晶体和n型半导体二维分子晶体通过范德华相互作用结合形成有源层。3.根据权利要求2所述的双向光突触晶体管，其特征在于，所述p型半导体二维分子晶体的厚度为2～30nm，所述n型半导体二维分子晶体的厚度为1～5nm。4.根据权利要求1所述的双向光突触晶体管，其特征在于，所述有源层的厚度为3～35nm。5.根据权利要求1所述的双向光突触晶体管，其特征在于，所述捕获层的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，所述捕获层的厚度为10～20nm；所述源极和漏极各为上表面覆盖金膜的银电极，所述源极和漏极的厚度各为100～160nm，所述金膜的厚度为50～80nm。6.如权利要求1～5中任意一项所述双向光突触晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，在衬底上制备捕获层，其中，所述衬底为覆盖有绝缘层的栅极；s2，在所述捕获层上制备有源层：在所述捕获层上放置p型半导体二维分子晶体，再在所述p型半导体二维分子晶体上放置n型半导体二维分子晶体，在所述捕获层上得到所述有源层；s3，将源极和漏极转移至所述有源层的上表面，得到所述双向光突触晶体管。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在s1中，通过旋涂方法在衬底上制备捕获层；在s1中，制备捕获层的方法为：将聚甲基丙烯酸甲酯均匀分散在第一溶剂中，得到第一溶液，将所述第一溶液覆盖在所述绝缘层上，退火，得到所述捕获层；所述第一溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为2～3mg/ml，所述第一溶剂为氯苯或甲苯。8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，在s2中，制备半导体二维分子晶体的方法为：将表面活性剂、有机半导体和有机溶剂混合，得到混合溶液，在液态基底上滴加30～60μl混合溶液，20～25℃放置至有机溶剂挥发，得到半导体二维分子晶体，其中，所述半导体二维分子晶体为p型半导体二维分子晶体或n型半导体二维分子晶体，当所述半导体二维分子晶体为p型半导体二维分子晶体时，所述有机半导体为p型半导体，当所述半导体二维分子晶体为n型半导体二维分子晶体时，所述有机半导体为n型半导体；所述混合溶液中表面活性剂的浓度为0.0001～0.001mg/ml，所述混合溶液中有机半导体的浓度为0.5～1mg/ml；所述表面活性剂为全氟辛酸钠或全氟辛酸钾，有机溶剂为氯苯或甲苯，液态基底为丙三醇或水；在s3中，所述源极和漏极分别为上表面覆盖有金膜的银电极。9.二维分子晶体异质结在场效应晶体管中实现双向光突触的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，向场效应晶体管施加正栅压和正源漏电压，同时施加光脉冲，场效应晶体管表现出负响应光突触；向场效应晶体管施加负栅压和正源漏电压，同时施加光脉冲，场效应晶体管表现出正响应光突触。

技术总结
本发明公开了一种基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管及其制备方法，双向光突触晶体管包括：栅极、绝缘层、捕获层、有源层、源极和漏极，所述栅极、绝缘层、捕获层和有源层平行设置并从下至上依次连接，所述源极和漏极平行设置并连接在所述有源层的上表面，其中，所述有源层为二维分子晶体异质结。本发明基于二维分子晶体异质结的双向光突触晶体管在正负栅压下光响应表现出双极性，即正栅压下表现出光抑制，负栅压下表现出光增强，其表现出优异的光响应度并且在弱光下可以表现出双向光突触行为，简化了器件制备工艺并且避免了不同光源的切换。源的切换。源的切换。


技术研发人员：胡文平 朱晓婷 陈惠鹏 杨方旭 段树铭
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/9/7