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申请/专利权人：北京大学

摘要：本发明公开了一种具有温度感知功能的氮化物铁电神经形态器件及实现方法。本发明通过第一和第二热膨胀层与氮化物铁电层的热膨胀系数不同，在温度变化时对氮化物铁电层的夹持作用，对氮化物铁电层施加随温度变化的应力，调控矫顽电场，分别实现电写入和热写入；本发明赋予了氮化物铁电神经形态器件新的温度感知功能，应用于高性能电子器件、铁电存储器、传感器、光电器件、声学器件和非线性光子器件等领域，能够显著提升相关神经形态计算系统的集成度和功能性，并拓宽氮化物铁电半导体材的在人工智能和物联网等领域的应用场景。

主权项：1.一种具有温度感知功能的氮化物铁电神经形态器件，其特征在于，所述氮化物铁电神经形态器件包括：衬底、底电极、第一热感膨胀层、氮化物铁电层、第二热感膨胀层和顶电极；其中，在衬底上生长底电极；在底电极上生长第一热感膨胀层，第一热感膨胀层的热膨胀系数高于氮化物铁电层的热膨胀系数；第一热膨胀层在温度变化时向氮化物铁电层施加应力；在第一热感膨胀层上生长氮化物铁电层，氮化物铁电层的晶格常数随着所受应力的变化而发生变化，并且氮化物铁电层的翻转势垒随着晶格常数的变化而反向变化，氮化物铁电层的翻转势垒的变化造成矫顽电场变化；在氮化物铁电层上生长第二热感膨胀层，第二热感膨胀层的热膨胀系数高于氮化物铁电层的热膨胀系数；第二热膨胀层在温度变化时向氮化物铁电层施加应力；第二热感膨胀层上生长顶电极；氮化物铁电神经形态器件能够实现电写入和热写入功能：在实现电写入时，顶电极或底电极连接至外部的电源，外部的电源向顶电极或底电极施加写入电压，利用氮化物铁电层的部分极化翻转作为中间状态，通过外部的电源控制施加在顶电极或底电极上的写入电压的电压幅度，使得氮化物铁电神经形态器件的氮化物铁电层的极化翻转程度不同，得到不同的电导状态，完成电写入，实现多态存储功能；在实现热写入时，在室温以上的高温环境中，将顶电极或底电极连接至外部的电源，在氮化物铁电神经形态器件上施加恒定电压，施加的恒定电压的幅度小于氮化物铁电层的完全极化翻转所需要的电压，当氮化物铁电神经形态器件所处的温度升高时，氮化物铁电层的矫顽电场减小，使得氮化物铁电神经形态器件更容易发生极化翻转，氮化物铁电层的极化翻转程度增大，电导状态发生改变，电导状态将温度状态储存起来，实现非易失的热写入；或者，在室温以下的低温环境中，将顶电极或底电极连接至外部的电源，在氮化物铁电神经形态器件上施加恒定电压，施加的恒定电压的幅度大于氮化物铁电层的完全极化翻转所需要的电压，当氮化物铁电神经形态器件所处的温度降低时，氮化物铁电层的矫顽电场增大，使得氮化物铁电神经形态器件更难发生极化翻转，使得氮化物铁电层的极化翻转程度减小，电导状态发生改变，电导状态将温度状态储存起来，实现非易失的热写入。

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