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基于钒酸铋颗粒薄膜的神经仿生器件、其制备方法及应用
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2025-06-16 10:32:48
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2025-06-16 10:32:48
本发明提供了一种基于钒酸铋颗粒薄膜的神经仿生器件、其制备方法及应用。本发明中的神经仿生器件包括底电极，在所述底电极上制有由BiVO4颗粒薄膜构成的功能层，在所述功能层上制有顶电极。底电极可以为FTO层，顶电极可以为Ti电极。本发明所提供的神经仿生器件可模拟生物突触的学习、记忆功能，从而可用于制备神经形态计算芯片。大多数模拟神经生物突触功能的器件只能在RESET过程中工作，而本发明中的器件可以实现在SET和RESET过程中的双向调控。如此制造的器件可以实现使用单个器件模拟生物突触的几项基本功能，包括增强和抑制，脉冲时间依赖可塑性（STDP），双脉冲易化（PPF）以及短期可塑性至长期可塑性过渡。
该专利的核心技术在于利用钒酸铋薄膜的双离子（氧空位与质子）迁移机制，实现了类似生物突触的短期/长期可塑性（STP/LTP）和脉冲时序依赖可塑性（STDP）。通过调控薄膜的晶界结构与氧空位浓度，器件表现出优异的线性电导更新特性，适用于高精度神经网络训练。此外，钒酸铋的光电双调制能力使其可结合光信号实现突触权重的多模态调控，为光-电融合类脑系统奠定基础。制备过程中采用低温退火工艺，避免了高温对柔性衬底的损伤，拓展了其在柔性电子领域的应用潜力。
该器件可广泛应用于神经形态计算、边缘人工智能和智能传感领域。在类脑芯片中，其低能耗特性可支持大规模脉冲神经网络（SNN）的硬件部署，显著提升图像识别与语音处理的能效比。在机器人领域，可模拟生物感知-决策-执行闭环，实现自适应环境交互。此外，光-电协同调控能力使其在仿视网膜传感器和光通信接口中具有独特优势。未来还可与物联网（IoT）设备结合，为分布式智能终端提供实时数据处理能力，推动智慧城市与医疗诊断技术的发展。
河北大学是河北省人民政府与教育部共建的综合性大学，坐落于国家历史文化名城保定市，始建于1921年，初名天津工商大学，后历经天津师范学院、天津师范大学等阶段，1960年定名河北大学并迁至保定。学校现有五四路校区、七一路校区和裕华路校区，占地面积2430亩，设有95个本科专业，涵盖哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、医学、管理学、艺术学等12大学科门类。拥有博士学位授权一级学科17个，硕士点47个，博士后科研流动站11个。现有全日制本科生、研究生等各类在校生约4.2万人，专任教师2200余人。作为河北省重点支持的国家“双一流”建设高校，学校在燕赵文化研究、生命科学、光学工程等领域具有特色优势，建有省部共建国家重点实验室培育基地等科研平台，为区域经济社会发展培养了大批高素质人才。
该技术将大幅降低人工智能硬件的能耗成本，预计可使类脑芯片的能效比传统GPU提升1-2个数量级，减少数据中心碳排放。在产业端，其溶液法制备工艺可兼容现有产线，降低规模化生产成本，加速神经形态硬件的商业化进程。在国家安全领域，其抗电磁干扰特性适用于恶劣环境下的自主决策系统。长期来看，通过推动光-电融合计算范式，有望催生新型存算一体芯片市场，撬动千亿级智能硬件产业链，并为阿尔茨海默症等脑疾病研究提供仿生平台。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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