一种基于光电耦合忆阻器的人工突触器件及其调制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光电耦合忆阻器的人工突触器件及其调制方法,该人工突触器件包括上电极、下电极以及位于上、下电极之间的功能材料层，上电极、功能层材料及下电极共同形成三明治结构；其中，功能材料层由具有光电导效应的材料制成，下电极为透明导电电极；电信号通过上电极、下电极输入，光信号则通过透明导电电极输入；本发明专利技术提供的这种人工突触器件在电信号之外引入光作为另一端调控信号，将二端人工突触器件的调控端扩至三端；添加的这一端使得人工突触器件可在外界光学激励信号下发生阻值变化，通过对光学激励信号强度、频率及光脉冲时间的选择调控，能够将该人工突触器件配置到相应的多个阻态，相应实现多种突触可塑性功能。

Artificial synapse device based on photoelectric coupling memristor and modulation method thereof

The invention discloses an artificial synaptic device of photoelectric coupling memristor and its modulation method based on the artificial synaptic device includes an upper electrode and lower electrode and is located between the upper electrode and the lower electrode layer on the electrode, functional materials, functional layer material and the lower electrode formed sandwich structure; the functional material layer is made of photoconductive material, electrode for transparent conductive electrodes; electrical signals through the upper electrode and the lower electrode input optical signal is input through the transparent conductive electrode; the artificial synaptic device provided by the invention of the electrical signal of light is introduced as the other end of the control signal, the control terminal extension two terminal device to artificial synapse three end; the end add makes artificial devices can occur in the synaptic resistance changes outside optical signal, the optical excitation signal intensity, frequency and light The selection and regulation of pulse time can be used to configure the artificial synaptic devices to corresponding multiple impedance states, and realize a variety of synaptic plasticity functions accordingly.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光电耦合忆阻器的人工突触器件及其调制方法
本专利技术属于人工神经网络
，更具体地，涉及一种基于光电耦合忆阻器的人工突触器件及其调制方法。
技术介绍
现有的冯·诺依曼计算机架构将数据的存储与计算分离，存储器与处理器之间通过传输总线进行数据传输，其传输速度会大大限制计算机速度。大数据时代下，海量实时数据的大规模并行运算为现有的计算架构带了挑战。而人脑神经系统中，计算与存储是可以同时进行的。因此，类脑计算的研究有望成为突破冯诺依曼瓶颈最有效的一种方案。在人脑神经系统中，信息的处理和存储单元是结合在一起，记忆与计算是并行进行的，每个神经元与突触都在同步地存储并处理信息。外界刺激产生的信号输入在神经系统中传递，最终在输出响应的过程中将信息的存储和处理完善的结合在一起。而学习和记忆作为人脑神经系统最基本的认知活动，其神经生物学基础来自于神经突触的可塑性。突触可塑性即指突触权重随神经活动电位发生增强和减弱的能力。细胞间双脉冲易化(paired-pulsefacilitation,PPF)、长时程增强(long-termpotentiation,LTP)、长时程抑制(long-term本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光电耦合忆阻器的人工突触器件，其特征在于，包括上电极、下电极以及位于所述上、下电极之间的功能材料层；所述功能材料层由具有光电导效应的材料制成，上电极为金属电极、下电极为透明导电的电极；电信号通过所述上电极、下电极输入，光信号通过下电极输入。

【技术特征摘要】
1.一种基于光电耦合忆阻器的人工突触器件，其特征在于，包括上电极、下电极以及位于所述上、下电极之间的功能材料层；所述功能材料层由具有光电导效应的材料制成，上电极为金属电极、下电极为透明导电的电极；电信号通过所述上电极、下电极输入，光信号通过下电极输入。2.如权利要求1所述的人工突触器件，其特征在于，所述功能材料层的材料为有机钙钛矿、无机钙钛矿、无机氧化物或无机硫系化合物。3.如权利要求1或2所述的人工突触器件，其特征在于，所述功能材料层的材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3-xIx、CH3NH3PbBr3-xIx、NH4PbI3、NH2CHNH2PbI3、CH3NH3SnI3、Al2O3、ZnO/Nb-SrTiO3、InGaZnO、CdS、CdSe、PbS、GaAs、InSb、Cu2ZnSnSe4、Cu2ZnSn(S,Se)4、MoS2、WS2、BN、黑磷或石墨烯。4.如权利要求1或2所述的人工突触器件，其特征在于，所述功能材料层的结晶状态为单晶、多晶或非晶。5.如权利要求1或2所述的人工突触器件，其特征在于，所述下电极是采用包含ITO或FTO的透明导电玻璃制成的透明导电电极。6.如权利要求1或2所述的人工突触器件，其特征在于，所述上电极材料为Au、Cu、Ti、Zn、Al、Ag或Ni的金属材料。7.一种如权利要求1～6所述的人工突触器件在电信号下的突触可塑性的调制方法，外部电信号从上、下两个电极输入，光信号通过下电极输入；其特征在于，包括如下步骤：(1)在所述人工突触器件的上电极输入直流电平VF，将其下电极接地，通过调节限制电流对所述人工突触器件进行电初始化，使人工突触器件的电阻状态由最初的电阻状态转变为低电平可调节的阻态；(2)通过在所述人工突触器件的上电极输入写入电平Vset，将所述人工突触器件从高阻态RH调控至低阻态RL；通过在下电极输入擦除电平Vreset，将上电极接地，将所述人工突触器件从低阻态RL调控至高阻态RH；所述人工突触器件在高阻态RH时，电导很低，电流通过能力小，采用处于这种状态下的人工突触器件来模拟生物突触连接强度很弱、突触权重很低的情况；所述人工突触器件在低阻态RL时，电导很高，电流通过能力强，采用处于这种状态下的人工突触器件来模拟生物突触连接强度很强、突触权重很大的情况；(3)通过在所述人工突触器件的上电极输入写入阈值脉冲Pset，将其下电极接地，将人工突触器件从高阻态RH调控至低阻态RL；通过在下电极输入擦除阈值脉冲Preset，将其上电极接地，将人工突触器件从低阻态RL调控至高阻态RH；通过在所述人工突触器件的任一个电极加幅值或脉宽低于阈值脉冲的脉冲信号PM，将另一个电极接地，将人工突触器件调控至中间阻态RM1；通过改变脉冲信号PM的脉冲参数幅值和脉宽的大小，获得不同的中间阻态RMX；当所述人工突触器件处在不同的中间阻态时，电导不同，电流通过能力不同，采用处于这种状态下的人工突触器件来模拟生物突触不同的突触权重；(4)当所述人工突触器件处在髙阻，而脉冲信号PM1未能将器件从高阻态调控至某个稳定的中间阻态，而是从中间阻态易失性地衰退回高阻态，所述人工突触器件实现STP功能；当所述人工突触器件处在髙阻，脉冲信号PM2将器件从高阻态调控至某个中间阻态，器件从所述中间阻态易失性地衰退回阻值低于高阻态的非易失的某个稳定中间阻态时，所述人工突触器件实现LTP功能；当所述人工突触器件处在高阻态，在所述人工突...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祎，段念，陈佳，周亚雄，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42