【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及雙電層晶體管，特別涉及：1，基于teng(摩擦納米發(fā)電機(jī))的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管；2、該種超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管的加工方法；3、該種超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管作為人工突觸的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、當(dāng)描述亞閾值擺幅時(shí)，傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管通常受到60mv/decade的限制，而超陡峭亞閾值擺幅晶體管在室溫下可達(dá)到此數(shù)值，這對(duì)于降低功耗、提升性能以及滿足現(xiàn)代電子設(shè)備需求具有重要意義。
2、但現(xiàn)有超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管大多采用外部電源來(lái)充當(dāng)柵極電壓，這樣集成難度高，也使得超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管缺少與外界環(huán)境的直接作用交互機(jī)制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管由于采用外部電源來(lái)充當(dāng)柵極電壓造成集成難度高的問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管、加工方法及應(yīng)用。
2、本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、第一方面，本專利技術(shù)公開了一種基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，包括：晶體管組件、teng組件。
4、晶體管組件為nmos型。晶體管組件包括：基底一、半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層、漏極、源極、柵極。基底一、半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層、柵極依次堆疊。漏極、源極連接在半導(dǎo)體層背向基底一的一面，并被柵介質(zhì)層隔開。柵極與漏極、源極均不接觸。漏極、源極具有電勢(shì)差。柵極為表面帶有al2o3氧化層的al電極。柵介質(zhì)層為離子凝膠。
5、teng組件用于調(diào)控施加在柵極的電壓vg。teng組件包括：靜摩擦
6、其中，在vg從正電壓逐漸變成負(fù)電壓的過(guò)程中，ids到達(dá)負(fù)電壓閾值v負(fù)時(shí)出現(xiàn)超陡峭突變；ids表示從源極通過(guò)半導(dǎo)體層流向漏極的電流。
7、該種基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管的實(shí)現(xiàn)根據(jù)本公開的實(shí)施例的方法或過(guò)程。
8、第二方面，本專利技術(shù)公開了第一方面的基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管的加工方法，其包括：
9、步驟一，分別加工出晶體管組件、teng組件；
10、其中，晶體管組件的加工方法：
11、將基底一的一面通過(guò)掩膜板磁控濺射技術(shù)在真空條件下濺射半導(dǎo)體材料以形成半導(dǎo)體層；
12、在半導(dǎo)體層背離基底一的一面裝上源極、漏極；
13、將表面帶有al2o3氧化層的al電極作為柵極，并在柵極的一面涂覆離子凝膠以形成柵介質(zhì)層；
14、將柵極設(shè)置在半導(dǎo)體層背離基底一的一側(cè)，并使柵介質(zhì)層接觸半導(dǎo)體層背離基底一的一面、并將源極和漏極隔開，且使柵極與漏極、源極均不接觸；
15、步驟二，將動(dòng)摩擦層與源極電性連接，將靜摩擦層與柵極電性連接，并對(duì)源極、漏極施加電動(dòng)勢(shì)，形成基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管。
16、該種基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管的加工方法的實(shí)現(xiàn)根據(jù)本公開的實(shí)施例的方法或過(guò)程。
17、第三方面，本專利技術(shù)公開了第一方面的基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管的應(yīng)用：
18、將第一方面的基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管作為人工突觸；
19、其中，人工突觸所受的外部機(jī)械刺激作為f；ids作為人工突觸產(chǎn)生的突觸后電流。
20、本專利技術(shù)具有如下有益效果：
21、1、本專利技術(shù)提供了一種基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，利用teng組件產(chǎn)生施加在柵極的電壓vg，替代了現(xiàn)有場(chǎng)效應(yīng)晶體管對(duì)柵極施加的供電電壓；vg能夠隨著teng組件調(diào)整而變化，并使從源極通過(guò)半導(dǎo)體層流向漏極的電流ids在從正電壓逐漸變成負(fù)電壓的過(guò)程中達(dá)到達(dá)負(fù)電壓閾值v負(fù)時(shí)出現(xiàn)超陡峭突變；本基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管方便實(shí)現(xiàn)柵極自供電，以及外部運(yùn)動(dòng)與電子器件的直接交互，便于結(jié)構(gòu)集成。
22、2、本專利技術(shù)利用柵極氧化層的正電荷俘獲效應(yīng)，對(duì)teng組件產(chǎn)生正電壓時(shí)起到輔助加強(qiáng)作用，使其在低電壓下也能穩(wěn)定工作；并且利用柵介質(zhì)層的高電容特性，提高了半導(dǎo)體層的靈敏度。
23、3、本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)加工難度低，易于制作與集成，市場(chǎng)前景樂(lè)觀。
24、4、本專利技術(shù)通過(guò)teng組件搭建出外部機(jī)械刺激和內(nèi)部信號(hào)的聯(lián)系，并能夠產(chǎn)生與生物突觸的突觸后電流類似的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了人工突觸的應(yīng)用。
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1.一種基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：當(dāng)VG為正電壓時(shí)，Al2O3氧化層捕獲正電荷、并形成額外電容層CTPE；VG、CTPE協(xié)調(diào)對(duì)柵介質(zhì)層進(jìn)行作用，使柵介質(zhì)層產(chǎn)生離子分層；此時(shí)在柵介質(zhì)層中，靠近柵極的一側(cè)聚集負(fù)離子、靠近半導(dǎo)體層的一側(cè)聚集正離子，半導(dǎo)體層則聚集負(fù)電荷、使晶體管組件導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：當(dāng)VG為負(fù)電壓時(shí)，Al2O3氧化層不捕獲電荷；僅VG對(duì)柵介質(zhì)層進(jìn)行作用，使柵介質(zhì)層產(chǎn)生離子分層；此時(shí)在柵介質(zhì)層中，靠近柵極的一側(cè)聚集正離子、靠近半導(dǎo)體層的一側(cè)聚集負(fù)離子，半導(dǎo)體層則聚集正電荷、使晶體管組件截止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：所述靜摩擦層為絕緣材料，其背向動(dòng)摩擦層的一面設(shè)置有導(dǎo)電層一；所述導(dǎo)電層一與源極電性連接；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：所述TENG組件還包括
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：所述動(dòng)摩擦層為絕緣材料，其背向靜摩擦層的一面設(shè)置有導(dǎo)電層二；所述導(dǎo)電層二與柵極電性連接；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：所述TENG組件還包括：基底三；所述基底三用于支撐動(dòng)摩擦層；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：所述半導(dǎo)體層的材料為氧化銦、氧化鋅、氧化銦鎵鋅、氧化鎢的任一種；
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管的加工方法，其特征在于，其包括：
10.基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管的應(yīng)用，其特征在于，將如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的基于TENG的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管作為人工突觸；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：當(dāng)vg為正電壓時(shí)，al2o3氧化層捕獲正電荷、并形成額外電容層ctpe；vg、ctpe協(xié)調(diào)對(duì)柵介質(zhì)層進(jìn)行作用，使柵介質(zhì)層產(chǎn)生離子分層；此時(shí)在柵介質(zhì)層中，靠近柵極的一側(cè)聚集負(fù)離子、靠近半導(dǎo)體層的一側(cè)聚集正離子，半導(dǎo)體層則聚集負(fù)電荷、使晶體管組件導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：當(dāng)vg為負(fù)電壓時(shí)，al2o3氧化層不捕獲電荷；僅vg對(duì)柵介質(zhì)層進(jìn)行作用，使柵介質(zhì)層產(chǎn)生離子分層；此時(shí)在柵介質(zhì)層中，靠近柵極的一側(cè)聚集正離子、靠近半導(dǎo)體層的一側(cè)聚集負(fù)離子，半導(dǎo)體層則聚集正電荷、使晶體管組件截止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于teng的超陡峭亞閾值擺幅場(chǎng)晶體管，其特征在于：所述靜摩擦層為絕緣材料，其背向動(dòng)摩擦層的一面設(shè)置有導(dǎo)電層一；所述導(dǎo)電層一與源極電性連接；
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫其君，隗義琛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京納米能源與系統(tǒng)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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