本发明属于半导体光电器件、神经科学与人工智能的交叉领域，具体为一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件及其制备方法。
背景技术：
1、神经突触作为神经系统中的核心结构，负责神经元之间的信息传递和处理，其复杂且精细的功能一直是神经科学研究的重要领域。而光电器件以其优异的光电转换特性，为模拟和复制生物功能提供了新的可能性。近年来，随着光电器件技术的不断发展，越来越多的研究者开始探索利用光电器件模拟神经突触的功能。通过精心设计和优化光电器件的结构与性能，可以利用光电信号来模拟神经突触的信息传递、处理以及学习能力。这种跨学科的融合不仅有助于深化我们对神经系统工作原理的理解，同时也为开发更先进、更智能的人工神经网络提供了新的思路。
2、在以往的研究中，大多采用无机材料或有机材料或卤化物钙钛矿材料来做光电材料，少量涉及量子点光电材料，而无机－有机杂化材料体系在光电类突触方面的报道，还比较罕见。无机-有机杂化材料体系，不同于传统复合材料，无机-有机基元可达到分子级复合，蕴含着丰富多彩的物化特性，兼具无机和有机化合物的优点，在材料结构和性能方面展示出巨大的可调谐性和灵活性，因此特别适合用来发展柔性光电器件。目前无机-有机杂化材料制备方法，主要包括溶胶-凝胶法、水热合成法、共混法、插层复合法、lb膜方法等，大多为溶液基的制备技术,与微电子工艺兼容的无机-有机杂化薄膜材料的制备技术，亟需发展。原子层沉积(ald)及其亚类分子层沉积(mld),是一种新型的材料制备技术，在无机物、聚合物和无机-有机杂化薄膜材料可控沉积上独具特色。其独特的序列式自限制反应机理，使其特别适合“自下而上”来设计制备无机-有机功能基元杂化的光电材料。因此本发明采用分子层/原子层沉积技术来制备模拟神经突触的无机-有机/无机杂化双层纳米薄膜光电器件，并获得了一系列突触仿生功能。本发明为人工神经网络发展提供新的材料思路和制备方法，推动光电器件与神经科学交叉领域的研究进展。
技术实现思路
1、发明目的：提供一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件及其制备方法，利用分子层沉积和原子层沉积技术低温制备具有良好模拟神经突触仿生功能的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件。
2、技术方案：一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件，器件结构包括：垂直结构从下往上依次为衬底、底电极、光电材料层、顶电极；平面结构从下往上依次为衬底、光电材料层、叉指电极。所述光电材料层由无机-有机杂化薄膜和金属氧化物薄膜组成的双层纳米堆栈结构构成。
3、无机-有机杂化薄膜为金属基对苯二酚、金属基对氨基苯酚或金属基马来酸，金属氧化物薄膜为zno、tio2、hfo2、zro2、moo3、ta2o5、geo2、wo3、sno2或igzo。
4、进一步地，无机-有机杂化薄膜的厚度为5～50nm，金属氧化物薄膜的厚度为5～20nm。
5、进一步地，无机-有机杂化薄膜金属基为al、ti、zn、sn、hf、zr、ni、co中的一种或多种。
6、进一步地，底电极、顶电极由pt、au、ru、w、ti、cu、ito、tin、azo、al合金中的一种或多种制成，衬底为表面有绝缘层的半导体衬底、绝缘体衬底或柔性聚合物衬底。
7、上述模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件的制备方法，包括以下步骤：
8、垂直结构器件：
9、步骤一，在衬底上采用原子层沉积或者磁控溅射或者其他薄膜沉积工艺制备底电极；
10、步骤二，在制备好的底电极上采用分子层沉积技术在80-350℃生长无机-有机杂化薄膜，再利用原子层沉积技术在80-350℃下在无机-有机杂化薄膜上制备金属氧化物薄膜作为无机层，获得无机-有机/无机双层堆栈结构的光电材料层；或先原子层沉积金属氧化物薄膜，再分子层沉积无机-有机杂化薄膜，获得无机/无机-有机双层堆栈结构的光电材料层；
11、步骤三，通过磁控溅射、蒸发沉积在光电材料层上制备顶电极，获得模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件。
12、平面结构器件：
13、步骤一，在衬底上采用分子层沉积技术在80-350℃生长无机-有机杂化薄膜，再利用原子层沉积技术在80-350℃下在无机-有机杂化薄膜上制备金属氧化物薄膜作为无机层，获得无机-有机/无机双层堆栈结构的光电材料层；或先原子层沉积金属氧化物薄膜，再分子层沉积无机-有机杂化薄膜，获得无机/无机-有机双层堆栈结构的光电材料层。
14、步骤二，利用磁控溅射、蒸发沉积工艺在光电材料层上制备叉指电极(或者平行条状电极)，获得完整的光电器件结构。
15、有益效果-本发明具有如下显著性特点：
16、1、利用分子层沉积制备无机-有机杂化纳米薄膜，无机-有机基元可达到分子级复合，兼具无机和有机化合物的优点；利用原子层沉积制备的金属氧化物纳米薄膜，与无机-有机杂化纳米薄膜复合，具有优异光电性能。所采用的分子层沉积和原子层沉积技术，具有较低的工艺温度(80-350℃)，与微电子工艺兼容、适合大规模集成；
17、2、本发明构建的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件已经实现类神经突触的几项重要功能，如长时程增强(ltp)、长时程抑制(ltd)、短时程可塑性向长时程可塑性的转变、双脉冲易化(ppf)、学习遗忘再学习及经典的条件反射功能，可以成功模拟神经突触的学习和记忆功能；
18、4、本发明拓宽了光电功能层的材料选择，为无机-有机杂化材料应用于大规模人工神经网络计算奠定了基础，而且杂化材料易于设计加工，为后续在柔性仿生类神经形态光电器件、可穿戴设备中的应用也提供了广阔的前景。
1.一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件，其特征在于：垂直结构包括从下往上依次为衬底(1)、底电极(2)、光电材料层(3)、顶电极(4)；所述光电材料层(3)为无机-有机杂化薄膜(301)和金属氧化物薄膜(302)组成的双层纳米堆栈结构，所述无机-有机杂化薄膜(301)为金属基对苯二酚、金属基对氨基苯酚或金属基马来酸，所述金属氧化物薄膜(302)为zno、tio2、hfo2、zro2、moo3、ta2o5、geo2、wo3、sno2或igzo。
2.根据权利要求1所述的一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件，其特征在于：所述无机-有机杂化薄膜(301)的厚度为5～50nm，所述金属氧化物薄膜(302)的厚度为5～20nm。
3.根据权利要求1所述的一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件，其特征在于：所述无机-有机杂化薄膜(301)金属基为al、ti、zn、sn、hf、zr、ni、co中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件，其特征在于：所述底电极(2)、顶电极(4)由pt、au、ru、w、ti、cu、ito、tin、azo、al合金中的一种或多种制成，所述衬底(1)为表面有绝缘层的半导体衬底、绝缘体衬底或柔性聚合物衬底。
5.一种权利要求1～4任一项所述的模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件，其特征在于：平面结构包括从下往上依次为衬底(1)、光电材料层(3)、叉指电极(5)；所述光电材料层(3)为无机-有机杂化薄膜(301)和金属氧化物薄膜(302)组成的双层纳米堆栈结构，所述无机-有机杂化薄膜(301)为金属基对苯二酚、金属基对氨基苯酚或金属基马来酸，所述金属氧化物薄膜(302)为zno、tio2、hfo2、zro2、moo3、ta2o5、geo2、wo3、sno2或igzo。
7.根据权利要求6所述的一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件，其特征在于：所述无机-有机杂化薄膜(301)的厚度为5～50nm，所述金属氧化物薄膜(302)的厚度为5～20nm。
8.根据权利要求6所述的一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件，其特征在于：所述所述无机-有机杂化薄膜(301)金属基为al、ti、zn、sn、hf、zr、ni、co中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的一种模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件，其特征在于：所述叉指电极(5)也可为平行条状电极，所述衬底(1)为表面有绝缘层的半导体衬底、绝缘体衬底或柔性聚合物衬底。
10.一种权利要求6～9任一项所述的模拟神经突触的无机-有机杂化纳米薄膜光电器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
