一种基于类MOS发光器件模拟生物神经网络的电路制造技术

一种基于类MOS发光器件模拟生物神经网络的电路，属于半导体集成电路和生物神经网络技术领域。包括两个以上的神经基本单元和光的传输通路，所述神经基本单元包括用于接收光信号并将光信号转换为电信号的光的接收转换装置来模拟生物神经网络的神经突触和用于将所述电信号转换为光信号的类MOS发光器件来模拟生物神经网络的神经元；所述光的传输通路用来模拟生物神经网络的轴突；所述两个以上的神经基本单元通过光的传输通路串联或/和星形连接，从而模拟生物神经网络。本发明专利技术模拟生物神经网络的电路能与CMOS工艺兼容且具有速度快、面积小、效率高、便于集成等优点，对人工智能等方面的研究与发展带来了积极的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路和生物神经网络
，具体涉及一种基于类MOS发光器件(即类似金属-绝缘体-半导体结构的发光器件)模拟生物神经网络的电路。
技术介绍
生物神经网络是以神经元为基本单元，由神经元、轴突、神经突触等组成的神经网络。神经元与神经元之间的信息传递是通过突触相联系的，前一个神经元的轴突末梢作用于下一个神经元的胞体、树突或轴突等处组成突触；一个神经元可以通过轴突作用于成千上万的神经元，也可以通过树突从成千上万的神经元接收信息。生物神经网络和目前模拟生物神经网络的方法中均是采用电信号进行连接和传递，但是，电信号的传递存在噪声较大、速度较慢等问题。在当代的电子光学CMOS集成电路中，类MOS发光器件可以被看作一个理想的光耦合器件，它是基于类似金属-绝缘体-半导体结构的一种发光器件，它包括类PMOS发光器件以及类NMOS发光器件。(参考文南犬 Kaikai Xu, Student Member, IEEE, G.P.Li, Member, IEEE, uA Three-TerminalSilicon-PMOSFET-Like Light-Emitting Device(LED)for Optical IntensityModulat1n”，IEEE Photonics Jounal.)。其工作原理与娃PN结发光类似:一个类MOS发光器件可看作是两个同样的PN结二极管即S-B结和D-B结并联，这两个二极管被同一个栅压控制，当两个PN结的反偏电压达到雪崩击穿电压时，类MOS发光器件的源、漏端就会发光。同时类MOS发光器件的源、漏端发出的光子强度和器件的栅端电压成正相关的关系，SP随着类MOS发光器件栅压的升高，它的源、漏端发出的光子强度单调增加。因此，本专利技术采用光信号代替电信号实现生物神经网络中的信息传递，提出了一种基于类MOS发光器件模拟生物神经网络的电路。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于类MOS发光器件模拟生物神经网络的电路，类MOS发光器件是基于类似金属-绝缘体-半导体结构的一种发光器件，它包括类PMOS发光器件以及类NMOS发光器件。本专利技术模拟生物神经网络的电路能与CMOS工艺兼容且具有速度快、面积小、效率高、便于集成等优点，对人工智能等方面的研究与发展带来了积极的意义。本专利技术的技术方案如下:一种基于类MOS发光器件模拟生物神经网络的电路，其特征在于，包括两个以上的神经基本单元和光的传输通路；所述神经基本单元包括:用于接收光信号并将所述光信号转换为电信号的光的接收转换装置来模拟生物神经网络的神经突触；用于接收光的接收转换装置输出的电信号并将所述电信号转换为光信号的类MOS发光器件来模拟生物神经网络的神经元；所述光的传输通路用来模拟生物神经网络的轴突；所述两个以上的神经基本单元通过光的传输通路串联或/和星形连接，从而模拟生物神经网络。进一步地，所述两个以上的神经基本单元通过光的传输通路(模拟轴突)串联或/和星形连接，从而实现一个神经元通过轴突将光信号传输到其他神经元，通过突触从其他神经元接收光信号的过程，实现模拟生物神经网络。 进一步地，所述光的接收转换装置包括光电二极管和电流积分电路，所述光电二极管输入端连接光信号，输出端连接电流积分电路的输入端；所述电流积分电路的输入端连接光电二极管的输出端，输出端连接类MOS发光器件的栅端。进一步地，所述类MOS发光器件的栅端(输入端)连接电流积分电路的输出端，源和漏端(输出端)连接光的传输通路。进一步地，所述光的传输通路为透明的二氧化硅，光的传输通路将类MOS发光器件源和漏端发出的光传输至其他光的接收转换装置。进一步地，所述神经基本单元包括光的接收转换装置和类MOS发光器件，所述光的接收转换装置连接输入的光信号，输出端连接类MOS发光器件的栅端，所述类MOS发光器件的源和漏端连接光的传输通路。进一步地，所述类MOS发光器件是基于类似金属-绝缘体-半导体结构的一种发光器件，包括类PMOS发光器件以及类NMOS发光器件。本专利技术的有益效果为:本专利技术采用光信号代替电信号模拟生物神经网络中传递的信息，具有更大的带宽、更快的传递速率、低的串扰噪声、成熟的工艺及低成本等优点；且硅PN结发光源的实现能将发光源与其它模块集成在同一硅芯片上，与CMOS工艺兼容，不需额外的工艺支持，便于实现。【附图说明】图1为本专利技术提供的一种基于类MOS发光器件模拟的生物神经网络的结构示意图；图2为本专利技术提供的一种基于类MOS发光器件的神经基本单元的结构示意图；图3a为本专利技术提供的一种基于类PMOS发光器件的神经基本单元的三维结构示意图；图3b为本专利技术提供的一种基于类PMOS发光器件的神经基本单元的剖面图；图4a为本专利技术实施例提供的一种基于两个类PMOS发光器件的神经基本单元串联的三维结构示意图；图4b为本专利技术实施例提供的一种基于两个类PMOS发光器件的神经基本单元串联结构的剖面图；图5a为本专利技术实施例提供的一种基于类PMOS发光器件的神经基本单元星形连接的三维结构示意图；图5b为本专利技术实施例提供的一种基于类PMOS发光器件的神经基本单元星形连接结构的剖面图；图6为本专利技术提供的一种基于类PMOS发光器件的神经基本单元串联结构示意图；图7为本专利技术提供的一种基于类PMOS发光器件的神经基本单元星形连接结构示意图。【具体实施方式】正如
技术介绍
所述，生物神经网络是以神经元为基本单位，由神经元、轴突与神经突触等组成的神经网络。神经元与神经元之间的信息传递是通过突触相联系的，前一个神经元的轴突末梢作用于下一个神经元的胞体、树突或轴突等处形成突触；一个神经元可以通过轴突作用于成千上万的神经元，也可以通过树突从成千上万的神经元接收信息。基于此，本专利技术提供了一种基于类MOS发光器件的电路来模拟生物神经网络，以基于类PMOS发光器件的电路来模拟生物神经网络所述电路为例，包括两个以上神经基本单元和光的传输通路；所述神经基本单元包括光的接收转换装置和类PMOS发光器件，所述光的接收转换装置用于模拟生物神经网络的神经突触，接收光信号并将所述光信号转换为电信号；所述类PMOS发光器件用于模拟生物神经网络的神经元，接收光的接收转换装置输出的电信号并将所述电信号转换为光信号；所述光的传输通路用于模拟生物神经网络的轴突，传输光信号；所述两个以上的神经基本单元通过光的传输通路(模拟轴突)实现串联或/和星形连接，从而实现一个神经元通过轴突将光信号传输到其他神经元，通过突触从其他神经元接收光信号的生物神经网络传递过程，从而模拟生物神经网络。进一步地，所述神经基本单元包括光的接收转换装置和类PMOS发光器件，用于接收光信号并将所述光信号经过转换后最终以光信号输出，其中，光的接收转换装置用来模拟神经突触，类PMOS发光器件用来模拟神经元；所述神经基本单元可通过光的传输通路(模拟轴突)串联或/和星形连接，得到更复杂的电路，用来模拟生物神经网络系统，实现一个神经元通过轴突将光信号传输到其他神经元，通过突触从其他神经元接收光信号的生物神经网络传递过程。这样，可以实现一个神经元可接收多个其他神经元的信息，同时也可将信息传递给多个神经元，从而实现生物神经网络的模拟。进一步地，所述光的接收转换装置包括光电二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于类MOS发光器件模拟生物神经网络的电路，其特征在于，包括两个以上的神经基本单元和光的传输通路；所述神经基本单元包括：用于接收光信号并将所述光信号转换为电信号的光的接收转换装置来模拟生物神经网络的神经突触；用于接收光的接收转换装置输出的电信号并将所述电信号转换为光信号的类MOS发光器件来模拟生物神经网络的神经元；所述光的传输通路用来模拟生物神经网络的轴突；所述两个以上的神经基本单元通过光的传输通路串联或/和星形连接，从而模拟生物神经网络。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴霜毅，张孟，宁宁，朱马，李亮，廖京，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51