基于ZnO忆阻器的神经突触仿生电子器件 被引量：4

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作者 潘若冰 胡丽娟 +7 位作者 曹鸿涛 竺立强 李俊 李康 梁凌燕 张洪亮 高俊华 诸葛飞 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期232-236,共5页

本文采用ZnO忆阻器模拟了生物神经突触的记忆和学习功能。ZnO突触器件表现出典型的随时间指数衰减的突触后兴奋电流(EPSC),以及EPSC的双脉冲增强行为。在此基础上,实现了学习-遗忘-再学习的经验式学习行为,以及四种不同种类的电脉冲时... 本文采用ZnO忆阻器模拟了生物神经突触的记忆和学习功能。ZnO突触器件表现出典型的随时间指数衰减的突触后兴奋电流(EPSC),以及EPSC的双脉冲增强行为。在此基础上,实现了学习-遗忘-再学习的经验式学习行为,以及四种不同种类的电脉冲时刻依赖可塑性学习规则。ZnO突触器件实现了超低能耗操作,单次突触行为能耗最低为1.6pJ,表明其可以用来构筑未来的人工神经网络硬件系统,最终开发出与人脑结构类似的认知型计算机以及类人机器人。 展开更多

关键词 忆阻器 神经突触器件 人工神经网络 ZNO

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ZnO 自整流忆阻器及其神经突触行为 被引量：3

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作者 王洋 焦雷 +7 位作者 赵飞文 李惠 郑秀 曹鸿涛 梁凌燕 张洪亮 高俊华 诸葛飞 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期726-729,857,共5页

Ti/ZnO/AZO/Pt忆阻器件表现出无Forming及自整流的非易失双极性忆阻特性。I-V曲线的拟合以及变温测试结果表明,忆阻行为属于纯电子效应,器件的导电行为来源于空间电荷限制电流或肖特基发射机理。在此基础上模拟了生物神经突触的长程可... Ti/ZnO/AZO/Pt忆阻器件表现出无Forming及自整流的非易失双极性忆阻特性。I-V曲线的拟合以及变温测试结果表明,忆阻行为属于纯电子效应,器件的导电行为来源于空间电荷限制电流或肖特基发射机理。在此基础上模拟了生物神经突触的长程可塑性以及学习-遗忘-再学习经验式行为。 展开更多

关键词 忆阻器 自整流 神经突触器件 ZNO

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光电神经突触器件研究进展 被引量：3

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作者 李雅瑶 王越 +1 位作者 杨德仁 皮孝东 《中国科学：信息科学》 CSCD 北大核心 2020年第6期892-912,共21页

神经形态计算(类脑计算)以其自适应学习、高并行计算和低功耗等优点,被认为是最有希望解决冯·诺依曼(von Neumann)瓶颈的方法之一.实现神经形态计算的重要前提是开发能模拟生物突触行为的神经突触器件.电学神经突触器件是首先发展... 神经形态计算(类脑计算)以其自适应学习、高并行计算和低功耗等优点,被认为是最有希望解决冯·诺依曼(von Neumann)瓶颈的方法之一.实现神经形态计算的重要前提是开发能模拟生物突触行为的神经突触器件.电学神经突触器件是首先发展起来的神经突触器件,但是它们在统筹考虑带宽、连接、密度等因素下的整体优化面临着很大的挑战.近年来,把光引入神经突触器件,研制光电神经突触器件,为神经突触器件的发展带来了新机遇.对神经突触器件而言,光不仅具备电难以实现的高带宽、低串扰、低功率和无延迟等特性,还可以直接模拟视觉等至关重要的神经行为.光电神经突触器件作为基于光电集成的人工神经网络的基础,有望有力促进高性能和低功耗的神经形态计算的发展.本文主要介绍了光电神经突触器件的基本性能和类别,展示了已经实现的光电神经突触器件的模拟应用,并展望了今后光电神经突触器件的发展. 展开更多

关键词 光电神经突触器件 突触可塑性 能耗 氧空位离化与去离化 载流子俘获与释放

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铁电突触器件及其应用的研究进展 被引量：2

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作者 燕少安 臧俊逸 +7 位作者 徐佩 朱颖方 李刚 陈祺来 陈卓俊 张妍 唐明华 郑学军 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期877-894,共18页

类脑计算是后摩尔时代集成电路发展的重要方向,开发能够模拟理想突触行为的人工突触器件是构建神经元-突触-神经元连接方式的类脑计算芯片的关键.铁电薄膜材料具有独特的非易失性极化,极化的可塑性与生物突触的可塑性十分类似,因此铁电... 类脑计算是后摩尔时代集成电路发展的重要方向,开发能够模拟理想突触行为的人工突触器件是构建神经元-突触-神经元连接方式的类脑计算芯片的关键.铁电薄膜材料具有独特的非易失性极化,极化的可塑性与生物突触的可塑性十分类似,因此铁电突触器件近年来受到了广泛关注.本文从器件突触功能模拟和类脑计算应用两个方面对铁电突触器件的研究进展进行了综述.结果表明,铁电突触器件具有两端和三端两种典型结构.除了能有效模拟生物突触功能,铁电突触器件还具有结构简单、功耗低、稳定性高、开关比大及编程速度快等优点.在应用层面,基于铁电突触的神经网络在图像识别方面的研究取得了一系列进展.此外铁电突触还被应用于触觉和视觉仿生.虽然取得了丰富的研究进展,但铁电突触器件目前仍停留在原理的提出和实验验证阶段,在突触性能调控机理、可靠性评价标准、阵列结构优化设计、高密度集成工艺、神经形态计算架构设计、新颖应用场景拓展等方面的研究都存在不小的挑战,这些也是未来铁电突触研究所要聚焦的方向. 展开更多

关键词 类脑计算 非易失性 图像识别 神经网络 视觉仿生 电突触 突触功能 可靠性评价

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基于低维材料的神经形态器件研究进展

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作者 刘依婷 万军 +2 位作者 邱晨光 赵建文 王华 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1085-1111,共27页

大数据和物联网时代的到来使得传统冯·诺依曼架构的计算机在数据处理过程中面临极大的挑战,存算分离的架构从根本上限制着计算机的计算速度和能效,迫切地需要开发一种新的计算范式来应对当前面临的问题和挑战。近年来,神经形态计... 大数据和物联网时代的到来使得传统冯·诺依曼架构的计算机在数据处理过程中面临极大的挑战,存算分离的架构从根本上限制着计算机的计算速度和能效,迫切地需要开发一种新的计算范式来应对当前面临的问题和挑战。近年来,神经形态计算以高度的并行处理、极低功耗和存算一体的特征受到广泛关注。其中,具有独特物理机制的新型神经形态器件是构建神经形态芯片的基本底层单元。在构建神经形态器件的众多候选电子材料中,低维材料相比传统三维材料具有优异的物理特性和电学特性,并且弱的层间范德华力使其易于堆叠,有利于异质整合集成。本文详述了基于低维材料的人工突触器件和人工神经元器件的研究进展,总结了不同类型神经形态器件的工作机制、性能指标和技术优势。在此基础上,介绍了低维材料的神经形态器件在视觉、听觉、运动控制和规模集成芯片等领域的应用,并对神经形态器件未来发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 低维材料 人工突触器件 人工神经元器件 神经形态芯片

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一种氧化锌纳米线突触晶体管的研究

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作者 陈凡 《信息记录材料》 2022年第11期31-34,共4页

本文制备了一种低功耗的单根ZnO纳米线晶体管,发现其具有作为电子突触器件前提的阈值可调性,即可以通过改变阈值调节器件电导。通过实验研究,我们成功地在该ZnO-NW晶体管上模拟出生物突触的长时程增强/抑制、突触饱和、与人体大脑类似... 本文制备了一种低功耗的单根ZnO纳米线晶体管,发现其具有作为电子突触器件前提的阈值可调性,即可以通过改变阈值调节器件电导。通过实验研究,我们成功地在该ZnO-NW晶体管上模拟出生物突触的长时程增强/抑制、突触饱和、与人体大脑类似的遗忘和“学习-经验”行为等行为。 展开更多

关键词 电子突触器件 低功耗 ZnO纳米线晶体管 生物突触行为

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忆阻器及其在人工突触器件中的研究进展 被引量：1

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作者 秦瑞东 陈玲丽 +2 位作者 朱宇波 李鑫 俞文杰 《功能材料与器件学报》 CAS 2021年第6期494-504,共11页

忆阻器与生物突触具有天然相似性,通过忆阻器人工突触构建神经网络是实现高性能计算最有前景的方案之一。本文介绍了忆阻器的工作机制,概述了忆阻器的不同阻变机理,着重介绍了忆阻器材料及其研究近况。最后,从应用出发,回顾了近期通过... 忆阻器与生物突触具有天然相似性,通过忆阻器人工突触构建神经网络是实现高性能计算最有前景的方案之一。本文介绍了忆阻器的工作机制,概述了忆阻器的不同阻变机理,着重介绍了忆阻器材料及其研究近况。最后,从应用出发,回顾了近期通过忆阻器构建人工突触器件的进展,并简要讨论了忆阻器发展面临的主要挑战。 展开更多

关键词 忆阻器 神经形态计算 人工突触器件

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基于忆阻器的神经网络应用研究 被引量：3

8

作者 陈佳 潘文谦 +4 位作者 秦一凡 王峰 李灏阳 李祎 缪向水 《微纳电子与智能制造》 2019年第4期24-38,共15页

基于忆阻突触器件的硬件神经网络是神经形态计算的重要发展方向,是后摩尔时代突破传统冯·诺依曼计算架构的有力技术候选。综述了国内外忆阻硬件神经网络的近期发展现状,从器件发展和神经网络两个方面,详细阐述了忆阻器这一新兴信... 基于忆阻突触器件的硬件神经网络是神经形态计算的重要发展方向,是后摩尔时代突破传统冯·诺依曼计算架构的有力技术候选。综述了国内外忆阻硬件神经网络的近期发展现状,从器件发展和神经网络两个方面,详细阐述了忆阻器这一新兴信息器件在神经形态计算中所发挥的角色作用,讨论了依然存在的关键问题和技术挑战。忆阻器为实现存算一体化架构和超越摩尔定律提供了技术障碍突破的可行方案。 展开更多

关键词 神经形态计算 忆阻器 突触器件 硬件神经网络

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氧化钽/氧化铝薄膜的阻变特性和突触特性 被引量：1

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作者 宫泽弘 周海芳 赖云锋 《福州大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第4期458-463,共6页

通过微电子加工工艺,制备出具有ITO/TaO_x/AlO_x/Ti结构的双介质层阻变存储器.器件中引入的氧化铝介质层有效地减小了器件的运行电流,降低了高/低阻态间切换所需的功耗,并增大了高/低阻态电阻比值.研究表明,器件的高低态电阻与其切换电... 通过微电子加工工艺,制备出具有ITO/TaO_x/AlO_x/Ti结构的双介质层阻变存储器.器件中引入的氧化铝介质层有效地减小了器件的运行电流,降低了高/低阻态间切换所需的功耗,并增大了高/低阻态电阻比值.研究表明,器件的高低态电阻与其切换电压均有良好的稳定性和均匀性,且器件表现出可靠的擦写性能与保持性能.进一步研究表明,器件高阻态导电受肖特基发射机制主导,低阻态导电受空间电荷限制机制主导.器件还具有连续可调的电阻渐变行为,利用反复电脉冲刺激下的器件电阻变化来表征突触的权值,可以模拟突触行为. 展开更多

关键词 阻变存储器 氧化钽/氧化铝薄膜 低功耗 开关比 突触器件

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三端晶体管的人工突触器件:材料、结构与系统

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作者 刘毅 刘甲奇 +1 位作者 陈家欣 徐文涛 《中国科学：化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期468-484,共17页

神经形态工程学旨在从硬件层面上构建人工仿生神经系统,模拟人脑独特高效的运行机制,进而实现神经形态感知和类脑计算功能.生物突触是人脑学习和记忆的基本结构与功能单元.因此,构建类生物突触结构、功能的电子器件是实现神经形态感知... 神经形态工程学旨在从硬件层面上构建人工仿生神经系统,模拟人脑独特高效的运行机制,进而实现神经形态感知和类脑计算功能.生物突触是人脑学习和记忆的基本结构与功能单元.因此,构建类生物突触结构、功能的电子器件是实现神经形态感知与计算的关键.相较于两端的阻变器件,三端突触晶体管在实现多态调控和降低能量消耗上都具有优势.此外,三端突触晶体管还可以将压力、温度等外界物理刺激转化为电信号,在采集视觉、听觉、嗅觉等信号来工作的人造感知神经系统方面有广阔的应用前景.本文综述了三端突触晶体管的材料选择、器件结构以及功能应用,并重点介绍了基于三端突触晶体管的人造视觉、听觉和嗅觉三种感知系统的最新进展.最后,总结了三端突触晶体管及其构建的人造感知系统面临的挑战,并对其未来发展进行了展望. 展开更多

关键词 三端晶体管 生物突触 突触可塑性 人工突触器件 人造感知系统

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基于二维有机晶体的高性能光学突触器件

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作者 刘逸龙 李晖 +3 位作者 苏琳琳 李欣蔚 杨成东 程淇美 《光电子．激光》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期897-902,共6页

基于冯·诺依曼结构的传统计算机由于内存和处理器的物理分离,性能受到限制。为实现后摩尔时代先进神经形态计算技术的可持续发展,具有存算一体架构的神经形态器件成为一个可选解决方案。文中展示了一种基于光调制的人工突触,其凭... 基于冯·诺依曼结构的传统计算机由于内存和处理器的物理分离,性能受到限制。为实现后摩尔时代先进神经形态计算技术的可持续发展,具有存算一体架构的神经形态器件成为一个可选解决方案。文中展示了一种基于光调制的人工突触,其凭借出色光响应特性,实现了电导的光可调协,并且表现出优异的光电突触行为,成功模拟了包括刺激强化、训练促进和记忆巩固等生物突触的关键行为特征,还评估了器件遗忘的可预测性。这项研究为硬件人工神经网络(artificial neural network,ANN)的实现和感知系统的模拟具有重要意义。 展开更多

关键词 光学突触器件 二维有机晶体 状态可塑性

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基于铁电材料的人工突触器件的研究进展 被引量：2

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作者 赵兰天 刘晨鹤 +3 位作者 任青华 刘强 陈玲丽 俞文杰 《功能材料与器件学报》 CAS 2020年第3期160-168,共9页

神经形态计算因具有解决传统冯诺依曼架构的瓶颈问题的潜力,已经被深入研究。在众多人工突触器件材料系统中,铁电材料有独特的极化和非易失性特性,其在神经形态计算中应用前景巨大。本文总结了有关于铁电突触器件的最新研究进展,梳理了... 神经形态计算因具有解决传统冯诺依曼架构的瓶颈问题的潜力,已经被深入研究。在众多人工突触器件材料系统中,铁电材料有独特的极化和非易失性特性,其在神经形态计算中应用前景巨大。本文总结了有关于铁电突触器件的最新研究进展,梳理了铁电材料的基本性质,分析了两种铁电突触器件—铁电隧穿结(FTJ)和铁电场效应晶体管(FeFET)的工作原理以及研究成果,并对基于铁电材料的人工突触器件目前的研究状况以及未来的发展分别做出了总结与展望。 展开更多

关键词 神经形态计算 人工突触器件 铁电材料 铁电隧穿结 铁电场效应晶体管

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