基于柔性神经形态器件的新型无机-有机杂化忆阻材料的设计、可控制备与性能研究
批准号:
52073142
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李爱东
依托单位:
学科分类:
新型复合与杂化材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李爱东
中文摘要
针对下一代信息技术对突破冯•诺依曼构架的新型类脑芯片的迫切需求, 本课题面向“类脑”人工神经形态器件和柔性电子技术领域,利用与半导体工艺具有极佳兼容性和独特自限制反应机理的原子层/分子层(ALD/MLD)沉积技术,聚焦在新型无机-有机杂化序构忆阻材料的设计、可控制备与忆阻、力学性能的研究上。一方面利用无机-有机材料体系丰富的无机/有机功能基元杂化所产生的独特物理化学性质,另一方面通过ALD/MLD方法形成三种代表性的空间序构材料(纳米叠层、纳米梯度和纳米复合结构),阐明应力应变对忆阻性能和机理的影响模型,建立材料功能基元/序构与忆阻、力学性能之间的内在联系和协同作用机制,发展具有优良突触可塑性和耐弯折特性的无机-有机杂化忆阻材料体系与器件架构,发展一套与半导体工艺兼容、具有自主知识产权的柔性神经形态器件的低温制备技术,为人工设计无机-有机杂化忆阻序构忆阻材料提供科学依据。
英文摘要
Facing the urgent need of next-generation information technology for brain-like chips beyond von Neumann architecture, this project will aim to brain-inspired artificial neuromorphic devices and flexible electronics. It will focus on the design, controllable fabrication and memristive/mechanical properties of inorganic-organic hybrid memristive materials via attractive atomic/molecular layer deposition (ALD/MLD) technology with excellent compatibility with the semiconductor technology and unique self-limiting reaction mechanism. On the one hand, the unique physicochemical properties of inorganic functional unit/organic functional group hybridization in inorganic-organic material systems are utilized. On the other hand, three representative spatial ordering materials (nanolaminated, nano-gradient and nano-composite structures) are formed by ALD/MLD method. The influence model of stress and strain on memristive mechanism and performance is clarified. The relationship and synergistic mechanism between functional elements/sequence structures of inorganic-organic hybrid materials and memristive/mechanical properties are established. This work provides the scientific fundamentals for the artificial design of inorganic-organic hybrid memristive materials. One competitive and potential project on ALD/MLD applications in new flexible neuromorphic devices will be proposed, including the key memristive material system/device architecture and low-temperature fabrication technology with independent intellectual property rights.
针对下一代信息技术对突破冯·诺依曼构架的新型类脑芯片的迫切需求, 本课题面向“类脑”人工神经形态器件和柔性电子技术领域,利用与半导体工艺具有极佳兼容性和独特自限制反应机理的原子层/分子层(ALD/MLD)沉积技术,聚焦在新型无机-有机杂化序构忆阻材料的设计、可控制备与忆阻、力学性能的研究上。一方面利用无机-有机材料体系丰富的无机/有机功能基元杂化所产生的独特物理化学性质,制备了一系列无机-有机杂化忆阻薄膜,包括介孔杂化薄膜(Zn-HQ),另一方面,设计并构建了一系列双层序构、基于介孔Zn-HQ和氨基酸基的无机-有机杂化序构忆阻薄膜,对其忆阻性能、机理和力学性能展开深入研究,阐明了不同体系与架构器件的忆阻机理机制,建立无机-有机杂化薄膜体系功能基元/序构与忆阻、力学性能之间的关系。发展了具有优良突触可塑性和力学特性的新颖的无机-有机杂化忆阻材料体系与器件架构,特别是纤维素纸基Pt/Al2O3/Al-HQ/PEDOT:PSS双层器件,具有出色的电学鲁棒性,能够模拟多种重要的神经突触功能,包括了长时程增强/长时程抑制、STDP、PPF和STP向LTP转变,基于这一器件的图像识别的精度可达90.2%。器件耐弯折半径低至0.2 mm,能耗低至25 fJ,与生物神经突触能耗相当,归因于其独特的电荷俘获/解俘获与电子隧穿的阻变机制。构建了新颖的仿生氨基酸基Pt/Ti-Cys/TiN单层挥发性忆阻器,阐明其挥发性阻变机理,并成功应用于人工痛觉伤害感受器。制备的Pt/多孔Zn-HQ/Ag/Si器件,具有免除电形成的优异双极阻变特性,工作电压较低,展现出多级存储能力。第一性原理和蒙特卡罗动力学模拟计算证实,Zn-HQ薄膜中纳米孔促进Ag导电细丝的形成。将Zn-HQ介孔膜拓展应用于能源存储领域,解决了硅负极和锂金属负极的痼疾,取得了优异的电化学性能。总之本项目发展了与半导体工艺兼容、具有自主知识产权的柔性神经形态器件的低温ALD/MLD制备技术,促进了无机-有机杂化材料在忆阻器中的应用。项目发表SCI论文26篇。出版学术专著章节1部,申请发明专利5项,其中2项获得授权,包括1项美国专利。
基于柔性神经形态器件的新型无机-有机杂化忆阻材料的设计、可控制备与性能研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:58万元
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批准年份:2020
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负责人:李爱东
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依托单位:
基于原子层沉积技术的超高密度FePt/CoPt纳米有序阵列的制备与磁性能调控
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批准号:51571111
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2015
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负责人:李爱东
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依托单位:
新型半导体沟道材料与高介电栅介质薄膜的界面调控与电学性能研究
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批准号:10974085
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项目类别:面上项目
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资助金额:40.0万元
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批准年份:2009
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负责人:李爱东
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依托单位:
原子层淀积高介电纳米层状薄膜的生长与性能研究
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批准号:50672036
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2006
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负责人:李爱东
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依托单位:
MOCVD制备下一代MOSFET用栅介电材料的研究
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批准号:60276020
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2002
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负责人:李爱东
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依托单位:
国内基金
海外基金