一种基于氧化物异质界面二维电子气的人工神经元的制作方法

1.本发明属于光电信息转换技术领域，具体涉及一种基于氧化物异质界面二维电子气的人工神经元。


背景技术：

2.人工神经元，作为能够模拟人脑及其神经系统工作机制的新型类突触器件，在智能计算机广为应用的时代背景下呈现出空前的发展前景。人工神经元作为人脑记忆学习、识别色彩的重要元件，其性能往往决定着整个神经系统的计算处理能力。在以往的研究中，如文献1“solid-state synapses modulated by wavelength-sensitive temporal correlations in optic sensory inputs,acs applied electronic materials 1(7),1189-1197；2019”，制备的基于异质界面的突触器件只采用光学调控手段、激光波长仅限于可见光范围，方式单一且未覆盖紫外光波段；如文献2“光电协同增强的场效应对laalo3/srtio3界面中持续光电导的调控.物理学报,68(06):199-206；2019”，尽管实现了光电协同作用对界面持久光电导效应的增强效果，但这项研究未能实现器件在视觉领域的具体实施途径。
3.鉴于此，有必要对人工神经元进行进一步的研究，以解决现有人工神经元存在的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有人工神经元调控手段单一，以及未能实现器件在视觉领域具体实施途径的技术问题，而提供了一种基于氧化物异质界面二维电子气的人工神经元，即一种室温下宽谱快速响应的基于laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3界面二维电子气的人工神经元。
5.为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
6.一种基于氧化物异质界面二维电子气的人工神经元，其特殊之处在于：包括自上而下依次设置的laalo3层或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3层、srtio3衬底以及底电极；
7.并且，laalo3/srtio3界面处或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3界面处具有高迁移率的二维电子气，室温下载流子浓度为1.0
×
10
13-1.0
×
10
15
cm-2
；
8.所述srtio3衬底采用(100)晶面、(110)晶面或者(111)晶面，且其表面的终止层为tio2。
9.以上采用不同的材料，相应的构成不同的人工神经元，具体为laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元；那么上述laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元依次在无光照射、光照射、撤销光照射的条件下，电导变化如下：
10.无光照射时，laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元电导率为初始电导率，呈低电导率；
11.当光照射到laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元时，元件电导率迅速发生转变(响应时间在10ms尺度)，从低电导率转变为高电导率；
12.光照撤销后，laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元电导缓慢减小并在至少200s后达到稳定。
13.对laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元施加不同负电压，该元件对相同波长相同光强的光照射产生不同程度的光响应(即光电导现象)，具体变化如下：
14.当电压较小时，所述laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元光电响应增强较小；当电压较大时，所述laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元光电响应增强较大；比如在波长为360nm、光强为30mw的光照射下，当电压为-60v时，laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元光电导响应增强2.90-11.10％；当电压-150v时，所述laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元光电导响应增强4.07-11.64％。施加底电压为-20v至-300v，作为优选，底电压为-90v至-250v。
15.对laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元照射不同强度的光，该元件在相同波长下会产生不同的光电导，具体变化如下：
16.当光强较小时，相同波长的光照射下持久光电导效应减弱；当光强较大时，相同波长的光照射下持久光电导效应增强；比如在波长为360nm的光照下，当光强为5mw时，laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元光响应为4.28-46.83％，而当光强为60mw时，laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元光响应为4.43-57.67％。作为优选，光强大于5mw，连续激光功率选用30-200mw，单脉冲激光能量选用30-240mj。
17.对laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元照射不同波长的光，该元件在不同光照下会产生不同的光电导，具体变化如下：
18.当波长较大时，相同光照强度下器件持久光电导效应减小；当波长较小时，相同光照强度下器件持久光电导效应增大；比如当波长为405nm时，相同光照强度30mw下laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元光响应为2.28-19.47％；当波长为360nm时，相同光照强度30mw下laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元光响应为4.39-54.22％；当波长为248nm时，相同脉冲激光能量67mj下laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元光响应为2.98-51.34％；激光波长为248-405nm，作为优选，激光源采用选自波长为248nm的脉冲光以及360nm和405nm的连续光。
19.可见，当电、光信号依次施加在laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元上时，元件呈现出持久光电导效应并获得增强，光响应程度与电压大小、脉冲光的强度、波长有关，即电压大小可以调控施加不同强度和波长光照射时的光响应程度，也就是说元件持久光电导响应能力受负门电压的调控，波长越短，强度越大，持久性的光响应越强。
20.进一步地，室温下，所述laalo3/srtio3界面处或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3界面处载流子浓度为5.30
×
10
13-1.47
×
10
14
cm-2
；迁移率为0.73-3.69cm2v-1
s-1
。
21.进一步地，所述底电极采用金属、合金、金属氧化物和碳材料中的一种或多种混
27000ω不等，继电阻稳定后施加248-405nm范围内任一波长的光照，实现了对laalo3/srtio3人工神经元的多场调控，弥补了文献1中仅采用单脉冲或一对脉冲序列的单一光学调控手段，对元件在紫外光范围的响应进行了补充，同时解决了文献2中仅讨论了元件调控现象和机理的不足，弥补了元件在应用上的缺失，发掘并赋予其新的人工神经元内涵。通过构建突触阵列，实现了人工神经元对光学图像的识别和记忆(即解决了单一的光学调控元件在光信息识别等应用方面的不足，实现了神经视觉模拟中的图像识别和记忆等问题)。
38.4.本发明的laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元利用laalo3、(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3与srtio3构成的异质界面的费米能级不等形成的势垒限制光生载流子的运动，当对该元件依次进行施加偏压、光照射、撤销光照射时，元件具有如下转变效应：
39.a.在宽带隙半导体laalo3、(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3和srtio3的界面处，电子在静电边界条件下发生重构促进了势阱的形成。光照前载流子处于能量较低的缺陷能级，晶格发生结构弛豫，当光照射到该元件时，载流子受激跃迁到能量较高的导带，此时晶格未弛豫，即光子可以诱导载流子从界面态到势阱的迁移，从而增加势阱的占据率，导致导带的载流子浓度发生变化，电导在很短时间内发生改变。
40.b.当光照撤销后，没有新的载流子注入，先前被激发的载流子被束缚在势阱中无法越过势垒回到缺陷能级，元件电导将在一段时间内被保留下来。
41.c.当对元件在相同的波长条件下改变电压大小时，氧缺陷在附加电场作用下向srtio3一侧迁移造成界面极化，因此界面处的载流子浓度减小，器件电阻增加并趋于稳定，电压越大，氧缺陷迁移程度越高，电阻增加越明显。
42.d.当对元件在相同的波长条件下调节光强大小时，会改变载流子迁移到势阱的数量，因而导带的填充状态也不同；当光强较小时，被激发到导带的载流子数量减少，电导增加得少；当光强较大时，受激跃迁到势阱中的载流子增多，相应电导增加得多。
43.e.当对元件施加不同波长的光照时，长波长的光所携带的光子能量低，由缺陷能级受激跃迁导带能级的载流子少，因此元件电导降低少；反之短波长的光，更多的载流子被激发到导带，元件电导增大明显。
44.即，本发明的laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元一方面能够利用电压和光照的协同作用调节光生载流子的注入状态，从而实现改变元件的光电导响应程度；另一方面，通过改变光照强度和波长，可以实现对持久光电导的调控。
45.5.本发明通过对元件施加负向底电压使元件电阻达到较高状态，在此状态下施加光照能增强持久光响应程度，同时改变激光波长、光强可以调节光响应程度，预期该人工神经元能够实现图像识别记忆及光信息储存等应用效果。
46.6.本发明在室温下对元件采用从紫外光到可见光范围内的光电协同增强的方式，通过构筑势垒调控光生载流子的运动，可以有效地解决当前人工神经元对图像识别方面的不足，使其具有宽谱响应特性，将在实现记忆功能、反复学习、颜色识别等人工智能领域发挥作用。
附图说明
47.图1是本发明实施例基于异质界面二维电子气的光电增强人工神经元(laalo3/
srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元)的结构示意图；
48.图2是发明实施例1的光电增强人工神经元的光响应，其中，(a)是发明实施例1的光电增强人工神经元对波长为360nm和405nm的电阻-时间曲线；(b)是发明实施例1的光电增强人工神经元对波长为360nm，强度为5mw、30mw和60mw的电阻-时间曲线；(c)是发明实施例1的光电增强人工神经元对波长为360nm连续激光照射条件下的光响应时间；
49.图3是本发明实施例2的光电增强人工神经元在不同波长光照条件下的电阻-时间曲线；其中，(a)是本发明实施例2的光电增强人工神经元在360nm连续激光照射条件下的电阻-时间曲线；(b)是本发明实施例2的光电增强人工神经元在284nm脉冲激光照射条件下的电阻-时间曲线，缩小图为单脉冲下的电阻-时间曲线；
50.图4是本发明实施例的光电增强人工神经元在施加电压、无光照射、光照射、撤销光照射条件下电阻-时间曲线；其中，(a)是本发明实施例1的laalo3/srtio3人工神经元在施加电压、无光照射、光照射、撤销光照射条件下电阻-时间曲线；(b)是本发明实施例2的(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元在施加电压、无光照射、光照射、撤销光照射条件下电阻-时间曲线；(c)是本发明实施例3的(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元在施加电压、无光照射、光照射、撤销光照射条件下电阻-时间曲线；
51.图5是本发明所有实施例的光电增强人工神经元效果示意图：其中，(a)是本发明实施例的光电增强人工神经元用于光信息记忆器、光探测器的示意图；(b)是利用(a)所示的阵列实现的对光信息的识别及记忆。
具体实施方式
52.以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
53.实施例1：
54.本实施例中，基于氧化物异质界面二维电子气的光电增强人工神经元的结构如图1所示，包括laalo3晶体层、srtio3衬底和底电极。laalo3晶体层位于srtio3衬底上，srtio3衬底在底电极上。
55.其中，srtio3衬底采用(100)晶面；底电极采用ag，几何形状为薄膜，厚度优选为10nm，laalo3层采用外延生长，厚度为6.4nm。
56.本实施例中，采用镀膜的方法制备该laalo3/srtio3人工神经元，包括如下步骤：
57.1)将srtio3衬底依次用无水乙醇和去离子水超声清洗10min，重复两次，取出后腐蚀并在970℃温度下进行退火处理，然后放入脉冲激光沉积装置真空腔内，在氧气气压为4
×
10-3
pa的气氛中，以laalo3为单晶靶材，用脉冲激光沉积的方法在srtio3镀一层厚度为6.4nm的薄膜，脉冲激光的能量为150mj/pulse；
58.2)在长好laalo3薄膜的样品底部采用磁控溅射系统沉积一层厚度为10nm的ag底电极。
59.利用keithley 6487电阻表对该laalo3/srtio3人工神经元的光电转换性质进行如下(一)与(二)表征。利用360nm和405nm二极管激光器作为光学刺激和信号光源。
60.(一)对该元件依次进行施加电压、无光照射、光照射、撤销光照射结果如图4的(a)所示，从中可以看出：
61.1)初始时，无光照，元件为初始电导率，电阻约为194000ω；
62.2)在-60v的电压预处理下，元件电阻的变化量为正值，即元件电阻在电压下升高；
63.3)撤销电压后，元件电阻逐渐稳定在206000ω，呈现出高阻态；
64.4)在高阻态下，当用波长为360nm，功率为30mw的激光照射该元件时，元件电阻的变化量为负值，即元件电阻在光照下减小为77000ω，呈现为光电导；
65.5)元件对光照的响应迅速，如图2，响应时间在10-2
s量级；
66.6)撤销光照时，元件电阻在1000s后逐渐恢复稳定，即较长一段时间内未恢复到初始电导。
67.上述结果表明该元件具有持久的光电导响应特性，即光照可改变元件电导率，并且可利用不同电压改变元件光电导的响应程度。
68.该元件发生上述光电转换性质的原因如下：
69.由于氧化物异质界面处出现了具有高迁移率的二维电子气，从而大大地改善了元件的电导率；当对元件施加负的电压时，由于附加电场的作用，界面处的氧空位在电场的作用下由界面向srtio3一侧迁移，造成界面极化，迁移的氧空位易捕获一个电子形成稳定结构存在于srtio3中，因而界面处的载流子浓度减少，元件电阻增大并在移除电压后趋于稳定。通过改变负电压值大小，可以改变界面处氧缺陷的迁移数量，进而调控界面载流子浓度。电压越大，载流子迁移越多，稳定后电阻值越高。当光照射到该元件时，入射光子能量较高，处于能量较低的缺陷能级中的载流子受激跃迁到能量较高的导带态，即光子可以诱导载流子从表面缺陷态到势阱的迁移，从而增加势阱的占据率，导致导带的载流子浓度发生变化，电导在很短时间内发生改变。当撤掉光照之后，位于势阱中的载流子由于其自身的能量限制无法越过势垒回到初始状态，使得该元件的电导在一段时间内难以恢复。
70.(二)对该元件进行不同强度、不同波长的光照射
71.调节激光强度或更换光源为405nm连续激光，如图2所示，为该元件在不同光强和波长光照条件下的光响应特性，从中可以看出：在激光强度较小的5mw光照下，初始电阻为210000ω元件电阻瞬时变化约110000ω，恢复时间短；当激光强度增大为60mw后，元件的瞬时电阻变化明显，约为114000ω；当波长增加为405nm时，元件电阻的瞬时变化从104000ω减小到35000ω；
72.上述结果表明光照强度和波长可改变元件光响应程度。
73.该元件发生上述光电转换性质的原因如下：
74.通过改变照射激光强度，可以改变受激载流子的注入水平，从而改变导带的载流子浓度。当光强较小时，受激载流子的注入水平较低，导带的载流子浓度小，使得元件光响应小；当光强增大时，受激载流子的注入水平较高，从而导致元件电阻减小。
75.综合上述(一)与(二)可以看出，该元件是一种宽谱响应，具有持久光电导的laalo3/srtio3人工神经元。
76.因此，该laalo3/srtio3人工神经元可应用于光信息记忆器、神经形态视觉系统以及人工智能等。
77.例如，首先采用负门电压预处理，再利用光照后产生的持久光响应可实现智能仿生机器人对光信息的识别记忆，同时也具有响应时间短的优异特性，如图5所示。图5的(a)是本实施例1的光电增强人工神经元构成的4
×
4的阵列。图5的(b)是本实施例1的光电增强人工神经元构成的如图5的(a)的阵列施加负向电压处理后，在如图2所示的任一条件光照
射条件下的持久光电导用于视觉信息记忆的效果示意。利用光照射部分所产生的持久光电导，原本入射图像的单色光被转化为电信号记忆下来。入射的英文字母
‘
n’被制作为灯光，电压预处理后，阵列由深灰色变为浅灰色，灯光开启后，阵列被照射到的区域呈现为深蓝色的
‘
n’，经过该元件处理后，输出为光电导；图像背景则为浅灰色背景，输出为初始电导，增加了信号对比度；将灯光去掉后，深蓝色的
‘
n’缓慢随时间增加变为浅蓝色的
‘
n’，在这段时间内
‘
n’被保留下来，从而实现了图像信息的识别和记忆功能。
78.同时由于该元件的光响应十分迅速，因此可应用于神经形态视觉系统，作为模仿人类肉眼对信息提取的媒介。
79.实施例2：
80.本实施例中，基于氧化物异质界面二维电子气的光电增强人工神经元的结构如图1所示，包括(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3晶体层、srtio3衬底和底电极。(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3晶体层位于srtio3衬底上，srtio3衬底在底电极上。
81.本实施例中，srtio3衬底采用(100)晶面；底电极采用ag，几何形状为薄膜，厚度优选为10nm，(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3采用外延生长，厚度1.6nm。
82.本实施例中，采用镀膜的方法制备该(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元，包括如下步骤：
83.1)将srtio3衬底依次用无水乙醇和去离子水超声清洗10min，重复两次，取出后腐蚀并在970℃温度下进行退火处理，然后放入脉冲激光沉积装置真空腔内，在氧气气压为4
×
10-3
pa的气氛中，以(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3为单晶靶材，用脉冲激光沉积的方法在srtio3镀一层厚度为1.6nm的薄膜，脉冲激光的能量为150mj/pulse；
84.2)在长好(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3薄膜的样品底部采用磁控溅射系统沉积一层厚度为10nm的ag底电极。
85.利用keithley 6487电阻表对该(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元的光电转换性质进行如下(一)与(二)表征。利用248nm脉冲激光器和360nm二极管激光器作为光学刺激和信号光源。
86.(一)对该元件依次进行施加电压、无光照射、光照射、撤销光照射结果如图4的(b)所示，从中可以看出：
87.1)初始时，无光照，元件为初始电导率，电阻约为14001ω；
88.2)在-60v的电压预处理下，元件电阻的变化量为正值，即元件电阻在电压下升高；
89.3)撤销电压后，元件电阻逐渐稳定在14075ω，呈现出高阻态；
90.4)在高阻态下，当用波长为360nm，功率为80mw的激光照射该元件时，元件电阻的变化量为负值，即元件电阻在光照下减小为13049ω，呈现为光电导；
91.5)撤销光照时，元件电阻在400s后逐渐恢复稳定，即较长一段时间内未恢复到初始电导。
92.上述结果表明该元件具有持久的光电导响应特性，即光照可改变元件电导率，并且可利用不同电压改变元件光电导的响应程度。
93.该元件发生上述光电转换性质的原因如下：
94.由于氧化物异质界面处出现了具有高迁移率的二维电子气，从而大大地改善了元件的电导率；当对元件施加负的电压时，由于附加电场的作用，界面处的氧空位在电场的作
用下由界面向srtio3一侧迁移，造成界面极化，迁移的氧空位易捕获一个电子形成稳定结构存在于srtio3中，因而界面处的载流子浓度减少，元件电阻增大并在移除电压后趋于稳定。通过改变负电压值大小，可以改变界面处氧缺陷的迁移数量，进而调控界面载流子浓度。电压越大，载流子迁移越多，稳定后电阻值越高。当光照射到该元件时，入射光子能量较高，处于能量较低的缺陷能级中的载流子受激跃迁到能量较高的导带态，即光子可以诱导载流子从表面缺陷态到势阱的迁移，从而增加势阱的占据率，导致导带的载流子浓度发生变化，电导在很短时间内发生改变。当撤掉光照之后，位于势阱中的载流子由于其自身的能量限制无法越过势垒回到初始状态，使得该元件的电导在一段时间内难以恢复。
95.(二)对该元件进行不同波长的光照射
96.更换光源为248nm的脉冲激光，如图3所示，为该元件在不同波长光照条件下的光响应特性，当波长减少为248nm时，元件初始电阻从13579ω下降为13245ω。
97.上述结果表明光的波长可改变元件光响应程度。
98.该元件发生上述光电转换性质的原因如下：
99.通过改变照射激光波长，可以改变受激载流子的注入水平，从而改变导带的载流子浓度。当波长较大时，受激载流子的注入水平较低，导带的载流子浓度小，使得元件光响应小；当波长减小时，受激载流子的注入水平较高，从而导致元件电阻减小。
100.综合上述(一)与(二)可以看出，该元件是一种宽谱响应，具有持久光电导的(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元。
101.因此，该(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元可应用于光信息记忆器、神经形态视觉系统以及人工智能等。
102.例如，首先采用负门电压预处理，再利用光照后产生的持久光响应可充当“探测眼”识别某“日盲”区波段的紫外光实现紫外通信拦截，如图5所示。图5的(a)是本实施例2的光电增强人工神经元构成的4
×
4的阵列。图5的(b)是本实施例2的光电增强人工神经元构成的如图5的(a)的阵列施加负向电压处理后，在如图3的(b)所示的光照射条件下的持久光电导用于紫外光探测。利用光照射部分所产生的持久光电导，原本入射紫外光信号被识别同时被转化为电信号记忆下来。首先经电压预处理后，阵列由深灰色变为浅灰色，此时入射紫外光信号以英文字母
‘
n’形式出现，阵列被照射到的区域呈现为深蓝色的
‘
n’，经过该元件处理后，输出为光电导；图像背景则为浅灰色背景，输出为初始电导，增加了信号对比度；将灯光去掉后，深蓝色的
‘
n’缓慢随时间增加变为浅蓝色的
‘
n’，在这段时间内
‘
n’被保留下来，从而实现了“探测眼”功能，实现对紫外通信拦截的第一步。
103.因此可应用于军事领域的神经形态视觉系统。
104.实施例3：
105.本实施例中，基于氧化物异质界面二维电子气的光电增强人工神经元的结构如图1所示，包括(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3晶体层、srtio3衬底和底电极。(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3晶体层位于srtio3衬底上，srtio3衬底在底电极上。
106.其中，srtio3衬底采用(100)晶面；底电极采用ag，几何形状为薄膜，厚度优选为10nm，(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3采用外延生长，厚度优选为44nm。
107.本实施例中，采用镀膜的方法制备该(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元，包括如下步骤：
108.1)将srtio3衬底依次用无水乙醇和去离子水超声清洗10min，重复两次，取出后用在970℃温度下进行退火处理，然后放入脉冲激光沉积装置真空腔内，在氧气气压为4
×
10-3
pa的气氛中，以(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3为单晶靶材，用脉冲激光沉积的方法在srtio3镀一层厚度约为44nm的薄膜，脉冲激光的能量为150mj/pulse；
109.2)在长好(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3薄膜的样品底部采用磁控溅射系统沉积一层厚度为10nm的ag底电极。
110.利用keithley 6487电阻表对该(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元的光电转换性质进行如下(一)表征。利用360nm二极管激光器作为光学刺激和信号光源。
111.(一)对该元件依次进行施加电压、无光照射、光照射、撤销光照射结果如图4的(c)所示，从中可以看出：
112.1)初始时，无光照，元件为初始电导率，电阻约为643022100ω；
113.2)在-60v的电压预处理下，元件电阻的变化量为正值，即元件电阻在电压下升高；
114.3)撤销电压后，元件电阻逐渐稳定在638765800ω，呈现出高阻态；
115.4)在高阻态下，当用波长为360nm，功率为20mw的激光照射该元件时，元件电阻的变化量为负值，即元件电阻在光照减小为633573000ω，呈现为光电导；
116.5)撤销光照时，元件电阻在200s后逐渐恢复稳定，即较长一段时间内未恢复到初始电导。
117.上述结果表明该元件具有持久的光电导响应特性，即光照可改变元件电导率，并且可利用不同电压改变元件光电导的响应程度。
118.该元件发生上述光电转换性质的原因如下：
119.由于氧化物异质界面处出现了具有高迁移率的二维电子气，从而大大地改善了元件的电导率；当对元件施加负的电压时，由于附加电场的作用，界面处的氧空位在电场的作用下由界面向srtio3一侧迁移，造成界面极化，迁移的氧空位易捕获一个电子形成稳定结构存在于srtio3中，因而界面处的载流子浓度减少，元件电阻增大并在移除电压后趋于稳定。通过改变负电压值大小，可以改变界面处氧缺陷的迁移数量，进而调控界面载流子浓度。电压越大，载流子迁移越多，稳定后电阻值越高。当光照射到该元件时，入射光子能量较高，处于能量较低的缺陷能级中的载流子受激跃迁到能量较高的导带态，即光子可以诱导载流子从表面缺陷态到势阱的迁移，从而增加势阱的占据率，导致导带的载流子浓度发生变化，电导在很短时间内发生改变。当撤掉光照之后，位于势阱中的载流子由于其自身的能量限制无法越过势垒回到初始状态，使得该元件的电导在一段时间内难以恢复。
120.上述结果表明电压和光照能改变元件的光响应程度。
121.综合上述(一)可以看出，该元件具有持久光电导的(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元。
122.因此，该(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元可应用于光信息记忆器、神经形态视觉系统以及人工智能等。
123.例如，首先采用负门电压预处理，再利用光照后产生的持久光响应可实现光信息记忆，如图5所示。图5的(a)是本实施例3的光电增强人工神经元构成的4
×
4的阵列。图5的(b)是本实施例3的光电增强人工神经元构成的如图5的(a)的阵列施加负向电压处理后，在光照射条件下的持久光电导用于视觉信息记忆的效果示意。利用光照射部分所产生的持久
光电导，原本入射图像的紫外光被转化为电信号记忆下来。入射的英文字母
‘
n’被制作为光源，电压预处理后，阵列由深灰色变为浅灰色，灯光开启后，阵列被照射到的区域呈现为深蓝色的
‘
n’，经过该元件处理后，输出为光电导；图像背景则为浅灰色背景，输出为初始电导，增加了信号对比度；将灯光去掉后，深蓝色的
‘
n’缓慢随时间增加变为浅蓝色的
‘
n’，在这段时间内
‘
n’被保留下来，从而实现了图像信息的识别和记忆功能。
124.因此可应用于神经形态视觉系统，作为模仿人类肉眼对信息获取的媒介。
125.同时，本发明也采用(110)晶面和(111)晶面的srtio3衬底制备laalo3/srtio3或(la
0.3
sr
0.7
)(al
0.65
ta
0.35
)o3/srtio3人工神经元，该人工神经元同样具有宽谱快速响应、输出信号持久，可用于光探测器、机器视觉技术以及人工智能等诸多领域。
126.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。