神经形态网络制造技术

本文公开了一种神经形态渗透网络(100)。该网络包括：衬底(102)，所述衬底具有至少两个电触点(104A、104B)；多个纳米颗粒(106、108、110)，所述多个纳米颗粒分布在衬底(102)上，所述纳米颗粒中的至少一些定位在至少两个电触点中的至少两个之间，纳米颗粒的表面覆盖率处于渗透阈值的容限内；和至少一个忆阻性元件(116)，所述忆阻性元件至少部分地位于纳米颗粒之间的间隙中或者纳米颗粒组的间隙中，否则所述纳米颗粒或者纳米颗粒组直接相互连接，所述忆阻性元件(多个忆阻性元件)至少部分提供了活性增强的至少一条持久路径(118、120)。本文公开了制造纳米颗粒渗透网络或者其部件的方法以及由这样的方法形成的纳米颗粒渗透网络。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】神经形态网络
本专利技术涉及神经形态渗透网络(neuromorphicpercolatingnetwork)、用于制备应用在这样的网络中的渗透结构的方法以及由这些方法形成的网络。
技术介绍
生物体非常容易并且以非常低的能耗执行极其复杂的计算任务。复杂的计算任务的示例包括导航、识别和决策。哺乳动物脑的能力主要是由于与异步计算结合的大规模并行性。在达尔文进化论的法则下数百万年的自然选择已经导致识别和预测天气变化、作物成熟和食肉动物的存在的能力，而非“处理(crunch)”大数字的能力。人类大脑因此收集大量的感官信息，但却不能而且也不必处理所有数据。只处理以及存储有用的部分。对人群中人的特定声音或面部的模式识别是即时的，这是甚至是当今可用的最先进的超级计算机都所无法匹敌的成就。利用在摩尔定律中概述的互补金氧半导体(CMOS)晶体管的计算机的冯·诺伊曼结构所获得的巨大成功目前面临基本原理限制(物理晶体管尺寸正接近经典极限)和现实限制(例如，每一条新的工艺线的研究和开发成本呈指数增长，这变得不经济和不可持续)。在人工神经网络(ANN)中采用了一种替代方法。一个示例包括用软件仿真神经行为。尽管在如模式识别的领域中取得了很多成功，但是ANN在模拟生物神经网络的高度互联性方面仍然低效。另一种方法是构建仿真脑的突触功能的硬件并且实际上在现有的CMOS技术中对此最近已经付出了很多重大的努力。这些方法在神经形态计算(neuromorphiccomputing)方面产生了巨大的进步。例如，IBM的TrueNorth具有包含100万个神经元的硅芯片，其中有2.56亿个突触。来自波士顿大学的模块化的神经探索搜索主体(MOdularNeuralExploringTravelingAgent，MoNETA)和惠普(HP)付出的努力由忆阻器突触(memristorsynapse)组成，它比CMOS晶体管相对地小，并且展示了未来前景。这些基于CMOS的方法非常昂贵，因此已经暗示需要新型的硬件方法，其用纳米级互连件和开关模拟神经元和突触的复杂生物网络。一种有前景的方法是建立忆阻器或其它相关纳米级开关的网络。这样的网络已经显示出对诸如储备池计算(reservoircomputing，RC)、图像处理和模式识别等应用有前景。到目前为止仅仅演示了几种无机突触的这样的系统，并且它们还处于开发的早期阶段，存在对可靠性和实际功能的疑问，这导致关于是否可以扩大设备和推广生产方法以及关于这些设备是否可以实际用于诸如RC的应用存在相当大的不确定性。本专利技术的优选实施例的目的是解决上述劣势中的一些。其它或替代目的是至少提供给公众一种有用的选择。
技术实现思路
本专利技术的一个方面包括神经形态渗透网络，所述神经形态渗透网络包括：衬底，所述衬底具有至少两个电触点；多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒分布在衬底上，所述纳米颗粒中的至少一些定位在至少两个电触点中的至少两个之间，纳米颗粒的表面覆盖率处于渗透阈值的容限内；和至少一个忆阻性元件，所述忆阻性元件至少部分地位于纳米颗粒之间的间隙中或者纳米颗粒组的间隙中，否则所述纳米颗粒或者纳米颗粒组直接相互连接，所述忆阻性元件(多个忆阻性元件)至少部分地提供了活性增强的至少一条持久路径。在本说明书中使用的术语“包括”表示“至少部分由其构成”。当在本说明书中解释包含术语“包括”的每条语句时，还可以存在除了术语前缀的特征之外的其它特征。以相同的方式解释诸如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”的相关术语。优选地，网络还包括多个忆阻性元件，所述多个忆阻性元件至少部分地位于纳米颗粒之间的相应间隙中或者纳米颗粒组之间的相应间隙中，否则所述纳米颗粒或纳米颗粒组相互直接连接。优选地，活性增加的至少一条持久路径包括电导增大的至少一条持久路径。优选地，活性增加的至少一条持久路径包括至少一条持久路径，所述至少一条持久路径包括多个忆阻性元件，所述忆阻性元件的切换率或者切换的可能性增加。优选地，活性增加的至少一条持久路径位于至少两个电触点中的两个之间。优选地，纳米颗粒中的至少一些被至少部分氧化，以便限制纳米颗粒聚结的程度优选地，纳米颗粒中的至少一些是导电的。优选地，纳米颗粒中的至少一些的合成直径介于5nm至50nm之间。优选地，纳米颗粒包括由Sn、Bi、Au、Pb、Ag、Cu和前述物质中的一种或者多种的合金构成的组中的一种或者多种。优选地，渗透阈值包括0.68，纳米颗粒的表面覆盖率的容限介于0.40至0.70之间。优选地，纳米颗粒分布的容限介于0.5至0.68之间。优选地，纳米颗粒的表面覆盖率的容限介于0.55至0.68之间。优选地，渗透阈值包括0.68，纳米颗粒的表面覆盖率的容限介于0.62至0.72之间。优选地，至少一个忆阻性元件包括至少一个原子级导线。优选地，响应于施加在至少两个电触点之间的电压形成原子级导线(多根原子级导线)，所述电压包括电压斜升、电压脉冲或者一系列电压脉冲。优选地，响应于施加在至少两个电触点之间的电流形成原子级导线(多根原子级导线)。优选地，响应于电场驱动的迁移、电场驱动的蒸发、电化学还原和/或电化学氧化来形成原子级导线(多根原子级导线)。优选地，衬底不导电、绝缘或者半导电。优选地，衬底的至少一部分包括大体平面的表面。优选地，衬底的至少一部分包括大体弯曲的表面。优选地，衬底的至少一部分具有小于1nm的RMS表面粗糙度。优选地，忆阻性元件包括间隙，所述间隙是隧道间隙，所述隧道间隙提供了低电导状态并且所述隧道间隙中的原子级导线提供了高电导状态。优选地，至少一个忆阻性元件包括下列组中的一种或多种，所述组包括：Ag/AgS电化学开关、切换分子和标准金属氧化物忆阻器切换元件装置。优选地，纳米颗粒由分子功能化。优选地，分子能够在两种状态之间切换，所述两种状态具有严格限定且不同的电阻。优选地，分子包括这样组中的一种或者多种，所述组包括：偶氮苯、轮烷和其它分子开关。优选地，纳米颗粒中的至少一些包括Ag或Cu颗粒并且被至少部分硫化。优选地，原子级导线中的至少一些包括原子级银或铜线。在另一个方面中，本专利技术包括制造神经形态渗透网络或者其部件的方法，所述方法包括：提供衬底，所述衬底具有至少两个电触点；使得衬底位于真空室中，所述真空室具有空气或者氧气的受控分压以及受控的相对湿度；和将多个纳米颗粒沉积在衬底上，所述纳米颗粒中的至少一些定位在至少两个电触点中的至少两个之间，所述纳米颗粒的表面覆盖率处于渗透阈值的容限内，至少一个忆阻性元件至少部分地位于纳米颗粒的间隙中或者纳米颗粒组的间隙中，否则所述纳米颗粒或者纳米颗粒组直接相互连接，所述忆阻性元件(多个忆阻性元件)至少部分提供了活性增加的至少一条持久路径。优选地，真空室中的空气压力介于1×10-6托(Torr)至1×10-3托之间。优选地，真空室中的空气压力介于5×10-6至100×10-6托之间。优选地，真空室中的空气压力介于10×10-6至50×10-6托之间。优选地，真空室中的空气的相对湿度大于30％。优选地，真空室中的空气的相对湿度大于60％。优选地，纳米颗粒从蒸气或者束沉积到衬底上。优选地，通过惰性气体聚集形成纳米颗粒并且纳米颗粒被携带在引导向衬底的束中。优选地，沉积的纳米颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种神经形态渗透网络，包括：衬底，所述衬底具有至少两个电触点；多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒分布在所述衬底上，所述纳米颗粒中的至少一些定位在所述至少两个电触点中的至少两个之间，所述纳米颗粒的表面覆盖率处于渗透阈值的容限内；和至少一个忆阻性元件，所述忆阻性元件至少部分地位于纳米颗粒之间的间隙中或者纳米颗粒组的间隙中，否则所述纳米颗粒或者纳米颗粒组直接相互连接，所述忆阻性元件至少部分地提供了活性增加的至少一条持久路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.01 NZ 709618;2016.05.30 NZ 7206481.一种神经形态渗透网络，包括：衬底，所述衬底具有至少两个电触点；多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒分布在所述衬底上，所述纳米颗粒中的至少一些定位在所述至少两个电触点中的至少两个之间，所述纳米颗粒的表面覆盖率处于渗透阈值的容限内；和至少一个忆阻性元件，所述忆阻性元件至少部分地位于纳米颗粒之间的间隙中或者纳米颗粒组的间隙中，否则所述纳米颗粒或者纳米颗粒组直接相互连接，所述忆阻性元件至少部分地提供了活性增加的至少一条持久路径。2.根据权利要求1所述的网络，还包括多个忆阻性元件，所述多个忆阻性元件至少部分地位于纳米颗粒之间的相应间隙中或者纳米颗粒组之间的相应间隙中，否则所述纳米颗粒或纳米颗粒组直接相互连接。3.根据权利要求1或者2所述的网络，其中，所述活性增加的至少一条持久路径包括电导增加的至少一条持久路径。4.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述活性增加的至少一条持久路径包括至少一条持久路径，所述至少一条持久路径包括多个忆阻性元件，所述多个忆阻性元件的切换率或者切换的可能性增加。5.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述活性增加的至少一条持久路径位于所述至少两个电触点中的两个之间。6.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述纳米颗粒中的至少一些至少部分氧化，以便限制所述纳米颗粒聚结的程度。7.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述纳米颗粒中的至少一些是导电的。8.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述纳米颗粒中的至少一些的合成直径介于5nm至50nm之间。9.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述纳米颗粒包括由Sn、Bi、Au、Pb、Ag、Cu和前述物质中的一种或者多种的合金构成的组中的一种或者多种。10.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述渗透阈值包括0.68，所述纳米颗粒的所述表面覆盖率的容限包括0.40至0.70之间的范围。11.根据权利要求10所述的网络，其中，所述纳米颗粒分布的容限包括0.5至0.68之间的范围。12.根据权利要求10或者11所述的网络，其中，所述纳米颗粒的所述表面覆盖率的容限包括0.55至0.68之间的范围。13.根据权利要求1至9中的任意一项所述的网络，其中，所述渗透阈值包括0.68，所述纳米颗粒的所述表面覆盖率的容限包括0.62至0.72之间的范围。14.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述至少一个忆阻性元件包括至少一个原子级导线。15.根据权利要求14所述的网络，其中，响应于施加在所述至少两个电触点之间的电压形成所述原子级导线，所述电压包括电压斜升、电压脉冲或者一系列电压脉冲。16.根据权利要求14所述的网络，其中，响应于施加在所述至少两个电触点之间的电流形成所述原子级导线。17.根据权利要求14所述的网络，其中，响应电场驱动的迁移、电场驱动的蒸发、电化学还原和/或电化学氧化形成所述原子级导线。18.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述衬底是非导电、绝缘或者半导电的。19.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述衬底的至少一部分包括大体平面的表面。20.根据权利要求1至18中的任意一项所述的网络，其中，所述衬底的至少一部分包括大体弯曲的表面。21.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述衬底的至少一部分具有小于1nm的RMS表面粗糙度。22.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述忆阻性元件包括间隙，所述间隙是隧道间隙，所述隧道间隙提供了低电导状态并且所述隧道间隙中的原子级导线提供了高电导状态。23.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述至少一个忆阻性元件包括下列组中的一种或多种，所述组包括：Ag/AgS电化学开关、切换分子和标准金属氧化物忆阻器切换元件装置。24.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述纳米颗粒由分子功能化。25.根据前述权利要求中的任意一项所述的网络，其中，所述分子能够在两种状态之间切换，所述两种状态具有严格限定且不同的电阻。26.根据权利要求25所述的网络，其中，所述分子包括下列组中的一种或者多种，所述组包括：偶氮苯、轮烷和其它分子开关。27.根据前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·A·布朗，S·福斯特纳，S·K·博斯，
申请(专利权)人：坎特伯雷大学，
类型：发明
国别省市：新西兰,NZ