本發(fā)明涉及光電半導(dǎo)體，涉及一種多色光電響應(yīng)突觸器件及其制備方法，特別涉及一種基于無鉛鈣鈦礦和有機(jī)半導(dǎo)體的多色光電響應(yīng)突觸器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、基于人工突觸的神經(jīng)形態(tài)器件將存儲(chǔ)和計(jì)算單元一體化，為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算提供了高效、低能耗的解決方案，推動(dòng)了智能硬件的發(fā)展。與已被廣泛研究的電信號(hào)調(diào)控的神經(jīng)形態(tài)器件相比，光電突觸器件具有低串?dāng)_、強(qiáng)抗干擾性和低功耗等顯著優(yōu)勢(shì)。多色光電響應(yīng)突觸可以實(shí)現(xiàn)在紫外-可見-近紅外波段的光電響應(yīng)，拓寬器件的光響應(yīng)范圍，可以提升其在多種應(yīng)用中的適應(yīng)性。

2、為了實(shí)現(xiàn)多色光電響應(yīng)，諸如有機(jī)半導(dǎo)體材料、鈣鈦礦、金屬氧化物、量子點(diǎn)和二維材料等被廣泛應(yīng)用于光電突觸的制備中，這些材料展示了各自的優(yōu)異性能，推動(dòng)了光電突觸技術(shù)的發(fā)展。在這些材料中，有機(jī)半導(dǎo)體材料因其易加工和結(jié)構(gòu)可調(diào)性的特點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注，特別是在柔性電子器件和低成本制造方面具有明顯優(yōu)勢(shì)；鈣鈦礦材料則憑借其優(yōu)異的光吸收能力和高光電轉(zhuǎn)換效率成為研究熱點(diǎn)，然而，其潛在的鉛毒性帶來的環(huán)境問題仍然是制約其應(yīng)用的一大挑戰(zhàn)。此外，相比于被廣泛研究的三端晶體管突觸，兩端結(jié)構(gòu)的突觸器件可以通過簡(jiǎn)單交叉陣列方式制備，便于高密度集成。

3、因此，開發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)高密度集成且環(huán)境友好的多色光電響應(yīng)突觸器件極具現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、由于現(xiàn)有技術(shù)存在上述缺陷，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)高密度集成且環(huán)境友好的多色光電響應(yīng)突觸器件，具體為一種可高密度集成的基于無鉛鈣鈦礦和有機(jī)半導(dǎo)體的多色光電響應(yīng)突觸器件，其克服當(dāng)前多色光電響應(yīng)突觸器件用鈣鈦礦材料存在環(huán)境安全隱患的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一種多色光電響應(yīng)突觸器件，為多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)沿著光線入射方向依次為透明導(dǎo)電電極層、空穴傳輸材料層、無鉛鈣鈦礦層、電子傳輸材料層、有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層和金屬電極層；

4、所述有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的有機(jī)半導(dǎo)體給體分子為非富勒烯受體cotic-4f、y6或者ieico-4f，有機(jī)半導(dǎo)體受體分子為pce10、dppdtt或者pdpp4t，有機(jī)半導(dǎo)體給體分子與受體分子的質(zhì)量比為2：1，總濃度為12~18?mg/ml。

5、上述器件是一種垂直結(jié)構(gòu)的兩端器件，有機(jī)電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層具體為有機(jī)半導(dǎo)體給體分子和受體分子通過電荷轉(zhuǎn)移作用形成的復(fù)合物，其吸光波段可擴(kuò)展至近紅外波段。

6、透明導(dǎo)電電極層作為電極用于收集傳輸電流；空穴傳輸材料層用于傳輸無鉛鈣鈦礦層經(jīng)光照產(chǎn)生的空穴；電子傳輸材料層用于傳輸無鉛鈣鈦礦材料層和有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層經(jīng)光照產(chǎn)生的電子；金屬電極層為導(dǎo)電金屬；光活性層為無鉛鈣鈦礦層和有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層，無鉛鈣鈦礦對(duì)紫外可見光波段有吸收響應(yīng)，有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物對(duì)至近紅外的光有顯著的吸收和響應(yīng)，二者之間形成互補(bǔ)吸收，拓寬了器件的光譜響應(yīng)范圍。同時(shí)，無鉛鈣鈦礦的高激子分離速度導(dǎo)致載流子傳輸?shù)牟粚?duì)稱性，為突觸可塑性模擬提供了物理基礎(chǔ)。此外，由于無鉛鈣鈦礦的自濾光作用可以削弱進(jìn)入有機(jī)半導(dǎo)體層的長(zhǎng)波長(zhǎng)光強(qiáng)度，使不同波段的光電響應(yīng)差異增強(qiáng)，從而支持顏色識(shí)別和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算中的光譜信息處理。這種多層協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了人體視覺系統(tǒng)所需要的突觸功能模擬，展現(xiàn)了在光電神經(jīng)計(jì)算領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。

7、本發(fā)明的多色光電響應(yīng)突觸器件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，其能實(shí)現(xiàn)紫外-可見-近紅外的多色光電突觸功能模擬，且對(duì)可見光波段的紅、綠、藍(lán)三色光可以實(shí)現(xiàn)顏色識(shí)別的功能；相比于以往的光電突觸響應(yīng)器件，其具有多色響應(yīng)、顏色識(shí)別、環(huán)境友好和易于集成的優(yōu)點(diǎn)，極具應(yīng)用前景。

8、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

9、如上所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，所述透明導(dǎo)電電極層為fto導(dǎo)電玻璃或者ito導(dǎo)電玻璃。

10、如上所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，所述空穴傳輸材料層為不溶于dmf和dmso溶劑的p型半導(dǎo)體材料。

11、如上所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，所述空穴傳輸材料層為pedot:pss、ptaa或者cuscn。

12、如上所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，所述無鉛鈣鈦礦層為吸收紫外-可見光且環(huán)境友好的無毒鉍基鈣鈦礦csbi3i10、csagbibr6或者csbi3br10。

13、如上所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，所述電子傳輸材料層為不溶解于氯苯或者氯仿的n型半導(dǎo)體材料。

14、如上所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，所述電子傳輸材料層為pdino、pdinn或者pfn-br。

15、如上所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，所述金屬電極層為au、ag或者al。

16、此外，本發(fā)明還提供一種如上所述的多色光電響應(yīng)突觸器件的制備方法，包括以下步驟：

17、（1）制備透明導(dǎo)電電極層；

18、（2）在步驟s1制備的透明導(dǎo)電電極層依次通過旋涂法制備空穴傳輸材料層、無鉛鈣鈦礦層、電子傳輸材料層和有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層；

19、（3）在有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層上真空蒸鍍制備金屬電極層。

20、上述方法操作簡(jiǎn)便，成本低廉，應(yīng)用前景好。

21、以上技術(shù)方案僅為本發(fā)明的一種可行的技術(shù)方案而已，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需求合理調(diào)整具體設(shè)計(jì)。

22、上述發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)或者有益效果：

23、（1）本發(fā)明的多色光電響應(yīng)突觸器件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，其能實(shí)現(xiàn)紫外-可見-近紅外的多色光電突觸功能模擬，且對(duì)可見光波段的紅、綠、藍(lán)三色光可以實(shí)現(xiàn)顏色識(shí)別的功能；

24、（2）本發(fā)明的多色光電響應(yīng)突觸器件，相比于以往的光電突觸響應(yīng)器件，其具有多色響應(yīng)、顏色識(shí)別、環(huán)境友好和易于集成的優(yōu)點(diǎn)；

25、（3）本發(fā)明的多色光電響應(yīng)突觸器件的制備方法，操作簡(jiǎn)便，成本低廉，應(yīng)用前景好。

技術(shù)特征：

1.一種多色光電響應(yīng)突觸器件，其特征在于，為多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)沿著光線入射方向依次為透明導(dǎo)電電極層、空穴傳輸材料層、無鉛鈣鈦礦層、電子傳輸材料層、有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層和金屬電極層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，其特征在于，所述透明導(dǎo)電電極層為fto導(dǎo)電玻璃或者ito導(dǎo)電玻璃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，其特征在于，所述空穴傳輸材料層為不溶于dmf和dmso溶劑的p型半導(dǎo)體材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，其特征在于，所述空穴傳輸材料層為pedot:pss、ptaa或者cuscn。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，其特征在于，所述無鉛鈣鈦礦層為鉍基鈣鈦礦csbi3i10、csagbibr6或者csbi3br10。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，其特征在于，所述電子傳輸材料層為不溶解于氯苯或者氯仿的n型半導(dǎo)體材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，其特征在于，所述電子傳輸材料層為pdino、pdinn或者pfn-br。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多色光電響應(yīng)突觸器件，其特征在于，所述金屬電極層為au、ag或者al。

9.一種如權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的多色光電響應(yīng)突觸器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多色光電響應(yīng)突觸器件及其制備方法，多色光電響應(yīng)突觸器件為多層結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)沿著光線入射方向依次為透明導(dǎo)電電極層、空穴傳輸材料層、無鉛鈣鈦礦層、電子傳輸材料層、有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層和金屬電極層。制備方法：制備透明導(dǎo)電電極層；在透明導(dǎo)電電極層依次通過旋涂法制備空穴傳輸材料層、無鉛鈣鈦礦層、電子傳輸材料層和有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層；在有機(jī)半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物層上真空蒸鍍制備金屬電極層。本發(fā)明的多色光電響應(yīng)突觸器件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，其能實(shí)現(xiàn)紫外?可見?近紅外的多色光電突觸功能模擬，且對(duì)可見光波段的紅、綠、藍(lán)三色光可以實(shí)現(xiàn)顏色識(shí)別的功能，應(yīng)用前景好。

技術(shù)研發(fā)人員：黃佳,梁海霞,張鈞堯,劉旭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28