集成电路装置及神经元制造方法及图纸

由可变电阻１１－１至１１－ｎ构成的加权装置对输入信号进行加权，每个可变电阻由具有包含锰的钙钛矿结构的氧化物制成，该材料在室温下根据施加的脉冲电压的累加次数改变其阻值，并且能够以非易失性方式保持其阻值。然后，加权后的信号输入到运算单元１２。作为每个可变电阻１１－１至１１－ｎ的氧化物薄膜根据施加的脉冲电压的累加次数改变其阻值，并且在电源被切断后也能够以非易失性方式保持其阻值。因而，通过根据施加的脉冲电压的累加次数改变加权系数，就能够实现更加类似于人类神经的神经元。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及模拟人类神经的神经元，该神经元向从多个输入端输入的输入信号逐一地分配权重，将相应的经加权的输入信号输入到运算单元并进行运算，当运算结果超过预定值时，激发并输出预定的输出信号。本专利技术还涉及实现该神经元的集成电路装置。附图说明图1是解释神经元概念的示意图。通过用加权系数W1至Wn分别对具有从多个输入端I1至In输入的电压V1至Vn的多个信号加权，该神经元对这些加权的输入信号进行运算，例如，如下的加法运算。θ＝∑ViWi＝V1W1+V2W2+V3W3+...VnWn然后，当θ的值超过预定阈值TH时，输出具有预定电压Vout的输出信号，该信号在下一阶段变成到神经元的输入信号。图2是常规的普通神经元的电路图。在该实例中，通过用多个固定电阻13-1到13-n替换神经键，用算术电路12替换细胞体，以及用导线或者类似的连接替换树突与轴突，一个人类的神经就被模拟了出来。来自多个输入端I1至In的输入信号(电压值为V1至Vn)由相应的固定电阻13-1至13-n的阻值R1至Rn进行加权。相应的，多个输入电压V1至Vn被转换成幅值为V1/R，V2/R，V3/R，......Vn/R的电流，并且进行算术求和，而后再输入到例如由比较器等构成的算术电路12。然后，当输入到算术电路12中的输入电流之和超过预定阈值时，从算术电路12输出具有预定电压Vout的输出信号，并将该信号提供给下一级的神经元作为输入信号。请注意，有关算术电路12的具体结构可以使用除图2所示的电路配制之外的多种电路。顺便指出，上述的多个神经元可以组合在一起，应用到例如字符识别和语音识别等一般数字计算机能力较弱的领域。然而，在实现模拟人类神经特征的神经元，就是说，逐步加快反应的功能，即，例如通过接收重复多次的相同刺激，使反应更加敏锐的情况下，需要根据输入(施加)与人体所接收的刺激相对应的输入信号的累加次数，逐步的修改加权系数，并且非易失的方式保持逐步修改的加权系数。作为能够逐步改变加权系数并以非易失方式保持该加权系数的神经元，日本专利申请公开No.6-21531(1994)中公开了一种已知的专利技术，非易失性，并利用采用硫族化合物的可变电阻构成起到如图2所示加权装置的功能的电阻硫属化合物。然而，在上述日本专利申请公开No.6-21531(1994)公开的专利技术的神经元中，尽管可以根据施加到用作加权装置(可变电阻)的硫属化合物的脉冲电压的幅值来修改加权系数，但是其并不能够根据脉冲电压的施加次数来修改加权系数。其原因在于，硫属化合物的阻值的改变使用因电流产生的焦耳热所导致的晶态与非晶态之间的相位转移，因而施加的脉冲电压的幅值反映在晶态区域与将要形成的非晶态区域之间所占的比率上，并将其存货。然而，在此之前存储在硫属化合物制成的加权装置中的有关前一输入脉冲电压的信息(前一脉冲电压所形成的晶态区域与非晶态区域之间所占比率)硫属化合物被新施加的脉冲电压的信息所覆盖。换言之，存储在由硫属化合物所制成的加权装置中的信息仅与最后一次施加的脉冲电压相对应。因而，在上述由日本专利申请公开No.6-21531(1994)所公开的专利技术的神经元中，施加某一输入信号后的硫属化合物的阻值与再次施加相同输入电压后的阻值之间没有变化。为了简化该说明，现假定神经元有一个输入。例如，假定施加幅值为3V的脉冲电压，硫属化合物的晶态区与非晶态区之间的占用比率进入由施加的幅值为3V的脉冲电压所产生的状态，其阻值由100千欧变为10千欧。此后，当再次施加幅值为3V的相同脉冲电压时，硫属化合物的晶态区与非晶态区之间占用的比率可进入由施加的施加幅值为3V的脉冲电压所形成的状态。因而，即使反复多次施加幅值为3V的脉冲电压，硫属化合物的阻值不会改变并保持在10千欧。因而，在上述的由日本专利申请公开No.6-21531(1994)所公开的专利技术的神经元中，当反复输入相同的输入信号时，用作加权装置的硫属化合物的阻值不会改变。因而，为了激发神经元，就必须施加一个足以激发神经元的更大幅值的脉冲电压。因此，这种常规神经元不能够被连续施加相同的输入信号所激发。因为上述原因，日本专利申请公开No.6-21531(1994)所公开的专利技术的神经元不能够通过多次重复接收相同刺激而模拟反应更加敏锐的人类神经的功能。此外，上述日本专利申请公开No.6-21531(1994)的图22描述了由多个晶体管和使用例如与晶体管的栅极相连的SRAM单元，电容器和浮动栅极的加权装置构成的神经元。然而，这样一个神经元存在着加权装置在电路上所占面积增加的问题。此外，为了实现这样的神经元，本专利技术的一个目的是提供包括可变电阻的集成电路装置，该可变电阻根据施加的输入信号的累加次数改变其阻值，并且能够以非易失的方式保持其阻值。本专利技术的另一目的是提供包括加权装置的神经元，使加权装置在电路上的面积尽可能小。此外，为了实现这样的神经元，本专利技术的一个目的是提供包括可变电阻的集成电路装置，该可变电阻根据施加的输入信号的累加次数改变其阻值，并且以非易失的方式保持其阻值。本专利技术的集成电路装置的特征在于包括由根据施加的脉冲电压的累加次数改变其阻值，并以非易失的方式保持其阻值的材料制成的可变电阻；运算装置，用于根据可变电阻转换的输入信号进行算术运算，并且当运算结果超过预定值时输出预定输出信号。此外，本专利技术的神经元的特征在于包括由根据施加的脉冲电压的累加次数改变加权系数，并以非易失的方式保持该加权系数的材料制成的可变电阻构成的加权；运算装置，用于根据由加权装置加权的输入信号进行算术运算，并且当运算结果超过预定值时通过激发来输出预定输出信号。在本专利技术的集成电路装置和神经元中，可变电阻(加权装置)根据施加的脉冲电压的累加次数改变其阻值(加权系数)，并且以非易失的方式保持其阻值(加权系数)。因而，运算装置根据每个可变电阻(加权装置)转换的输入信号进行算术运算，并且当运算结果超过预定值时输出预定的输出信号，而每个可变电阻(加权装置)即使在电源被切断后依然保持其阻值。此外，本专利技术中的集成电路装置和神经元的特征在于该材料是具有至少包含锰的钙钛矿结构的氧化物。在本专利技术中的集成电路装置和神经元中，由具有至少包含锰的钙钛矿结构的氧化物制成的可变电阻(加权装置)根据施加脉冲电压的累加次数改变其阻值(加权系数)，并且以非易失的方式保持其阻值。此外，本专利技术的集成电路装置和神经元的特征在于具有钙钛矿结构的氧化物的表示为Pr(1-x)CaxMnO3，La(1-x)CaxMnO3，或者La(1-x-y)CaxPbyMnO3(其中x＜1，y＜1，x+y＜1)中的任何一种材料。在本专利技术的集成电路装置和神经元中，可变电阻(加权装置)由分析值为Pr(1-x)CaxMnO3，La(1-x)CaxMnO3，或者La(1-x-y)CaxPbyMnO3(其中x＜1，y＜1，x+y＜1)的氧化物制成，该可变电阻(加权装置)根据施加的脉冲电压的累加次数改变其阻值(加权系数)，并且以非易失的方式保持其阻值。此外，本专利技术的集成电路装置和神经元的特征在于具有钙钛矿结构的氧化物是表示为Pr0.7Ca0.3MnO3，La0.65Ca0.35MnO3，或者La0.65Ca0.175Pb0.175MnO3的任何一种材料。在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路装置，其特征在于包括： 由根据施加的脉冲电压的累加次数改变其电阻，并以非易失的方式保持该电阻的材料制成的可变电阻（１１－１；１１－２；１１－３；…）； 运算装置，用于根据由所述可变电阻（１１－１；１１－２；１１－３；…）转换的输入信号进行算术运算，并且当运算结果超过预定值时输出预定输出信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2002-3-27 2002-0897961.一种集成电路装置，其特征在于包括由根据施加的脉冲电压的累加次数改变其电阻，并以非易失的方式保持该电阻的材料制成的可变电阻(11-1；11-2；11-3；...)；运算装置，用于根据由所述可变电阻(11-1 ； 11-2；11-3；...)转换的输入信号进行算术运算，并且当运算结果超过预定值时输出预定输出信号。2.根据权利要求1所述的集成电路装置，其特征在于所述材料是具有至少包含锰的钙钛矿结构的氧化物。3.根据权利要求2所述的集成电路装置，其特征在于具有钙钛矿结构的所述氧化物是表示为Pr(1-x)CaxMnO3，La(1-x)CaxMnO3，或者La(1-x-y)CaxPbyMnO3(其中x＜1，y＜1，x+y＜1)中的任何一种材料。4.根据权利要求3所述的集成电路装置，其特征在于所述可变电阻(11-1；11-2；11-3；...)串联在多个输入端(I1；I2；I3；...)中的一个或每一个与所述运算装置(12)之间。5.根据权利要求3所述的集成电路装置，其特征在于所述可变电阻(11-1；11-2；11-3；...)串联在多个输入端(I1；I2；I3；...)中的一个或每一个与地电位之间，和进一步包括串联在多个输入端(I1；I2；I3；...)中的一个或每一个与所述运算装置(12)之间的固定电阻(13-1；13-2；13-3；...)。6.根据权利要求2所述的集成电路装置，其特征在于具有钙钛矿结构的所述氧化物是表示为Pr0.7Ca0.3MnO3，La0.65Ca0.35MnO3，或者La0.65Ca0.175Pb0.175MnO3中的任何一种材料。7.根据权利要求6所述的集成电路装置，其特征在于所述可变电阻(11-1；11-2；11-3；...)串联在多个输入端(I1；I2；I3；...)中的一个或每一个与所述运算装置(12)之间。8.根据权利要求6所述的集成电路装置，其特征在于所述可变电阻(11-1；11-2；11-3；...)串联在多个输入端(I1；I2；I3；...)中的一个或每一个与地电位之间，和进一步包括串联在多个输入端(I1；I2；I3；...)中的一个或每一个与所述运算装置(12)之间的固定电阻(13-1；13-2；13-3；...)。9.根据权利要求1至8中的任何一项所述的集成电路装置，其特征在于当施加与最初状态中输入的脉冲电压具有相同极性的脉冲电压时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田尻雅之，粟屋信义，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]