【《有机突触晶体管的工作原理及特性分析》1900字】

有机突触晶体管的工作原理及特性分析目录TOC\o"1-3"\h\u31669有机突触晶体管的工作原理及特性分析 1139181.1有机突触晶体管的工作原理 184191.2有机突触晶体管的突触表现 21.1有机突触晶体管的工作原理有机半导体材料按照其工作时内部的多数载流子为电子，空穴，或者电子空穴相当划分为N型，P型和双极型材料，以其为有源层对应的OTFT也因此划分为N型，P型和双极型晶体管。N型半导体材料极易与空气中的水氧发生反应，从而失去半导体特性，因此，N型的OTFT抗水氧能力差，器件稳定性不高，研究起来存在较大的困难。与之相反，现存的P型半导体材料环境稳定性较高，且种类丰富，以之为有源层制备出的P型OTFT器件稳定性高，性能优异，受到业内广泛研究。因此，本文以P型底栅顶接触OTFT器件为例介绍其工作原理和性能参数。在OTFT中，栅极的作用为调控绝缘层/有源层界面的多数载流子浓度；绝缘层的作用为阻断栅源接触，防止泄漏电流；源极则在工作时为器件源源不断地注入多数载流子，并且其与漏极之间的压降驱使着多数载流子向漏极定向移动，形成电流。在图1-2所示的P型器件中，工作时，加在栅极的负电压通过绝缘层将有机半导体中的空穴耦合到绝缘层/有源层界面，当栅极电压足够大，耦合在界面的空穴数量足够多时，形成导电沟道，空穴在源漏电压的牵引下向漏极定向移动，产生电流，器件开启。反之，若在栅极加上正电压，则会对有机半导体中的空穴起到排斥作用，使之不能在界面累积形成沟道，器件关断。因此，调控负栅压的大小可以调控沟道空穴浓度，进而调控器件的电流大小，并且，随着源漏电压的增加，器件电流也会随之增加，并在最终会达到饱和状态。1.2有机突触晶体管的突触表现在本节中，我们将以单纯电信号刺激的工作方式为例详述OST器件基本突触行为的表现。定义栅极为突触前端，施加在其上的脉冲电压作为前突触脉冲刺激，源漏电流和沟道电导分别定义为后突触电流和突触权重，用以描述突触器件的动态变化情况。在OST器件的栅极施加一个促进性的电压脉冲刺激后，器件的后突触电流迅速上升至峰值，在撤去脉冲刺激后，后突触电流逐渐由峰值逐渐衰减下降至与初始值接近的位置，这个下降时间由器件的性质决定，在不同的器件中持续时间在几毫秒到几秒不等，这一过程，与兴奋性突触的EPSC响应相一致。如果在栅极处施加一个抑制性电压脉冲刺信号，则带来后突触电流的瞬时下降，并在刺激撤去后，后突触电流探底逐渐回升至初始状态附近，形成对抑制性突触IPSC响应的模拟。PPF是短程突触可塑性的一种重要形式，其也能够在OST器件中被很好地模拟。在对OST器件施加连续两个促进脉冲刺激后，可观察到后突触电流变化，施加第二个脉冲后得到的后突触电流幅值A2显著高于第一个脉冲时间后得到的后突触电流幅值A1，在第二个脉冲施加完成后，后突触电流逐渐衰减值初始值附近。并且，随着两个脉冲间隔时间的增加，PPF比值（A2/A1）呈现指数型衰减，这种双脉冲下的后突触电流变化和PPF比值变化与生物突触高度相符。同理，通过施加连续两个抑制脉冲刺激后，也可得到PPD变化行为，并且，通过控制两个脉冲之间的时间间隔也可得到PPD比值的变化曲线。突触的STP向LTP的转变是生物神经系统学习，记忆的关键，在OST器件中，通过施加一系列的连续脉冲刺激来研究器件的LTP行为。当施加一系列连续的促进脉冲刺激时，OST器件的后突触电流能够到达较大的峰值，并且，在脉冲撤去后有着较强的保持特性，在较高的电流值区间内缓慢衰减，持续几十分钟甚至几天的时间才能衰减回初始状态。并且，随着序列中脉冲数量的增加，后突触电流的峰值和衰减时间也随之攀升。即在接受一系列的促进脉冲刺激后，突触权重增加，并随着脉冲刺激的增加，突触的权重不断攀且在脉冲刺激后有着较好的保持，这与生物突触的LTP行为相吻合，代表着突触对外界信息的学习，记忆行为，构成了大脑存算一体的关键。在系列脉冲撤去后的突触权重变化情况，一般可用Ebbinghaus遗忘模型进行拟合评估：P=exp[(−t/τ)γ]其中P，t，τ和γ表示召回概率，时间，特征弛豫时间以及处于0到1区间的一个指数值。器件的LTP衰减模式与该遗忘模型的拟合度越高，则表明该器件的LTP行为越接近生物突触。同样，对器件施加系列的抑制脉冲刺激也会出现长程的抑制性行为。除了对生物突触长短程可塑性的模拟，OST器件也可通过施加特定种类的外界刺激实现对生物突触学习法则的模拟。STDP学习法则，指的是突触前和突触后尖峰脉冲之间的时间差影响了突触变化的方向和权重，在OST中可以通过施加前后突触脉冲刺激波形来实现生物突触的STDP学习法则的模拟，并且，通过调控前突触刺激和后突触刺激的时间差Δt，可使突触产生长程促进行为和长程抑制行为