本文主要研究内容
作者韩成（2019）在《基于硅纳米晶体的晶体管型光电神经突触器件研究》一文中研究指出：模仿大脑功能的神经拟态计算现在是除了传统的冯·诺依曼计算之外最重要的技术之一。而在大脑中,学习和记忆等功能的实现是通过神经元修改生物突触之间的突触权重进行的,这表明了神经突触器件的研究对于神经拟态计算的实现至关重要。在过去的几年里,许多具有忆阻器和场效应晶体管(FET)结构的神经突触器件已经被制造出来。具有场效应晶体管结构的神经突触器件由于具有易编程和易集成的特点,得到了很多研究者的关注。到目前为止,大多数晶体管型神经突触器件都已经被证实可以实现电刺激。然而,最近神经科学中光遗传学领域的发展引发了人们对光刺激的晶体管型神经突触器件研究的兴趣,将光引入到晶体管型神经突触器件不仅可以显著增大突触器件的带宽,还可以有效缓解突触器件的互连问题。光刺激的晶体管型神经突触器件最近已经通过使用二维(2D)材料(如石墨烯和MoS2)制造出来,尽管这些器件也显示出优异的突触可塑性,但它们的光刺激仅限于在较窄的紫外(UV)—可见光谱范围内有效,而在兼容光通信领域的近红外(NIR)波段,光刺激仍然难以实现。另外,二维材料的光学吸收通常很弱,因此基于二维材料的突触器件需要更大功率的光刺激,然而这实际上对于超低能耗的神经拟态计算的发展来说是一个严重的问题。值得注意的是,光刺激的晶体管型神经突触器件也可以施加电刺激,并且为了实现突触器件的高性能、多功能,光刺激和电刺激的协同作用是很有必要的,然而这一领域至今尚未被深入的研究。在本文中,我们通过使用硼掺杂的硅纳米晶体制备了光刺激的晶体管型神经突触器件,硼掺杂的硅纳米晶体在较宽的紫外(UV)到近红外(NIR)光谱范围内都具有较强的光吸收。这些器件基本都可以实现紫外到近红外光谱范围的光刺激,而且由光刺激引起的器件的光栅压现象可以模仿一系列重要的突触功能。从器件的并行性考虑,我们也可以在基于硅纳米晶体的晶体管型神经突触器件的栅电极处轻易地施加电脉冲刺激。我们利用光刺激和电刺激的协同作用,不仅实现了基于硅纳米晶体的晶体管型神经突触器件的超塑性和逻辑功能,还模仿了厌恶学习的神经行为。目前基于硅纳米晶体的晶体管型神经突触器件实现了超低的能量消耗,有望应用于未来高能效神经拟态计算的发展。本文主要的研究内容和结果如下:(1)利用冷等离子体法制备从紫外到近红外都具有很强光吸收的的掺硼硅纳米晶体,利用场发射透射电子显微镜(TEM)表征其晶体结构和晶粒尺寸,利用紫外-可见-近红外吸收光谱表征其吸光特性。制备基于硅纳米晶体的晶体管型神经突触器件,利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)表征器件表面形貌。在单个器件上施加电刺激得到兴奋性神经突触后电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)等验证其突触可塑性,并对其机理提出解释。(2)我们对器件进行光刺激,得到了光刺激下突触可塑性,并利用光电耦合刺激,实现STDP、厌恶学习、逻辑计算、超可塑性等突触功能,对该器件的一致性、写入噪声、非线性、功耗等性能做出了表征,并利用基于硅纳米晶体的晶体管型神经突触器件的突触行为以MNIST手写数字库为对象做了神经拟态计算仿真模拟,得到了93.6%的图像识别精确度。
Abstract
mo fang da nao gong neng de shen jing ni tai ji suan xian zai shi chu le chuan tong de feng ·nuo yi man ji suan zhi wai zui chong yao de ji shu zhi yi 。er zai da nao zhong ,xue xi he ji yi deng gong neng de shi xian shi tong guo shen jing yuan xiu gai sheng wu tu chu zhi jian de tu chu quan chong jin hang de ,zhe biao ming le shen jing tu chu qi jian de yan jiu dui yu shen jing ni tai ji suan de shi xian zhi guan chong yao 。zai guo qu de ji nian li ,hu duo ju you yi zu qi he chang xiao ying jing ti guan (FET)jie gou de shen jing tu chu qi jian yi jing bei zhi zao chu lai 。ju you chang xiao ying jing ti guan jie gou de shen jing tu chu qi jian you yu ju you yi bian cheng he yi ji cheng de te dian ,de dao le hen duo yan jiu zhe de guan zhu 。dao mu qian wei zhi ,da duo shu jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian dou yi jing bei zheng shi ke yi shi xian dian ci ji 。ran er ,zui jin shen jing ke xue zhong guang wei chuan xue ling yu de fa zhan yin fa le ren men dui guang ci ji de jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian yan jiu de xing qu ,jiang guang yin ru dao jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian bu jin ke yi xian zhe zeng da tu chu qi jian de dai kuan ,hai ke yi you xiao huan jie tu chu qi jian de hu lian wen ti 。guang ci ji de jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian zui jin yi jing tong guo shi yong er wei (2D)cai liao (ru dan mo xi he MoS2)zhi zao chu lai ,jin guan zhe xie qi jian ye xian shi chu you yi de tu chu ke su xing ,dan ta men de guang ci ji jin xian yu zai jiao zhai de zi wai (UV)—ke jian guang pu fan wei nei you xiao ,er zai jian rong guang tong xin ling yu de jin gong wai (NIR)bo duan ,guang ci ji reng ran nan yi shi xian 。ling wai ,er wei cai liao de guang xue xi shou tong chang hen ruo ,yin ci ji yu er wei cai liao de tu chu qi jian xu yao geng da gong lv de guang ci ji ,ran er zhe shi ji shang dui yu chao di neng hao de shen jing ni tai ji suan de fa zhan lai shui shi yi ge yan chong de wen ti 。zhi de zhu yi de shi ,guang ci ji de jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian ye ke yi shi jia dian ci ji ,bing ju wei le shi xian tu chu qi jian de gao xing neng 、duo gong neng ,guang ci ji he dian ci ji de xie tong zuo yong shi hen you bi yao de ,ran er zhe yi ling yu zhi jin shang wei bei shen ru de yan jiu 。zai ben wen zhong ,wo men tong guo shi yong peng can za de gui na mi jing ti zhi bei le guang ci ji de jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian ,peng can za de gui na mi jing ti zai jiao kuan de zi wai (UV)dao jin gong wai (NIR)guang pu fan wei nei dou ju you jiao jiang de guang xi shou 。zhe xie qi jian ji ben dou ke yi shi xian zi wai dao jin gong wai guang pu fan wei de guang ci ji ,er ju you guang ci ji yin qi de qi jian de guang shan ya xian xiang ke yi mo fang yi ji lie chong yao de tu chu gong neng 。cong qi jian de bing hang xing kao lv ,wo men ye ke yi zai ji yu gui na mi jing ti de jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian de shan dian ji chu qing yi de shi jia dian mai chong ci ji 。wo men li yong guang ci ji he dian ci ji de xie tong zuo yong ,bu jin shi xian le ji yu gui na mi jing ti de jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian de chao su xing he luo ji gong neng ,hai mo fang le ya e xue xi de shen jing hang wei 。mu qian ji yu gui na mi jing ti de jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian shi xian le chao di de neng liang xiao hao ,you wang ying yong yu wei lai gao neng xiao shen jing ni tai ji suan de fa zhan 。ben wen zhu yao de yan jiu nei rong he jie guo ru xia :(1)li yong leng deng li zi ti fa zhi bei cong zi wai dao jin gong wai dou ju you hen jiang guang xi shou de de can peng gui na mi jing ti ,li yong chang fa she tou she dian zi xian wei jing (TEM)biao zheng ji jing ti jie gou he jing li che cun ,li yong zi wai -ke jian -jin gong wai xi shou guang pu biao zheng ji xi guang te xing 。zhi bei ji yu gui na mi jing ti de jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian ,li yong guang xue xian wei jing he sao miao dian zi xian wei jing (SEM)biao zheng qi jian biao mian xing mao 。zai chan ge qi jian shang shi jia dian ci ji de dao xing fen xing shen jing tu chu hou dian liu (EPSC)、shuang mai chong yi hua (PPF)deng yan zheng ji tu chu ke su xing ,bing dui ji ji li di chu jie shi 。(2)wo men dui qi jian jin hang guang ci ji ,de dao le guang ci ji xia tu chu ke su xing ,bing li yong guang dian ou ge ci ji ,shi xian STDP、ya e xue xi 、luo ji ji suan 、chao ke su xing deng tu chu gong neng ,dui gai qi jian de yi zhi xing 、xie ru zao sheng 、fei xian xing 、gong hao deng xing neng zuo chu le biao zheng ,bing li yong ji yu gui na mi jing ti de jing ti guan xing shen jing tu chu qi jian de tu chu hang wei yi MNISTshou xie shu zi ku wei dui xiang zuo le shen jing ni tai ji suan fang zhen mo ni ,de dao le 93.6%de tu xiang shi bie jing que du 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自浙江大学的韩成，发表于刊物浙江大学2019-04-15论文，是一篇关于硅纳米晶体论文,光电晶体管论文,神经突触器件论文,神经拟态计算论文,浙江大学2019-04-15论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自浙江大学2019-04-15论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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