一种人工视觉系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术涉及人工视觉系统及其制备方法，涉及新型微纳电子材料及功能器件领域。该人工视觉系统包括一种基于光电忆阻器的视觉传感器，所述光电忆阻器包括第一电极、第二电极和AlO

【技术实现步骤摘要】
一种人工视觉系统及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新型微纳电子材料及功能器件领域，特别是涉及一种人工视觉系统及其制备方法。

技术介绍

[0002]人工突触构建新的计算结构以实现神经形态计算被认为是一种有前途的方法。神经形态电子学中的人工突触设备将存储和计算功能集成到一个单元中，可以从根本上克服冯
·
诺依曼体系结构中的瓶颈。与传统的电刺激突触相比，光电突触设备可能具有更宽的带宽，更低的串扰和更好的可扩展性，所有这些都有助于加速人工神经网络的计算。由于光电突触能够智能地处理光电输入信号，因此它们被认为是神经形态计算的重要基石。
[0003]除了模仿突触的功能外，光电突触设备还被用于构建人工神经网络，然而，以前的研究都没有试图将器件实现更加高级的功能，例如通过将它们与生物特征元素(例如视网膜和视觉皮层)融合在一起。人类从世界吸收的大多数信息都是通过视觉感知获得的，因此模拟人类视觉系统是迈向人工智能的关键一步。传统的光电探测器可以探测像视网膜一样的图像，但是它们缺乏生物视觉系统具有的存储功能。为了同时执行检测和存储功能并更好地模仿人类视觉系统，研究人员正在尝试将光电检测器与非易失性存储设备集成在一起。但是，在这样的集成设备中，光学信息的传感，处理和存储单元在物理上是分开的，从而导致不同单元之间的数据传输成本很高。近年来出现的基于光电忆阻器的人工光电突触，具有可以在光刺激下不断改变其电导的性能，这类似于人类视觉系统中生物突触的生理行为。这种人工光电突触可以在单个单元中同时定位光学感测，存储和处理功能，因此被认为是未来人形视觉系统的有希望的候选设备。但是，由于这些基于光电突触的忆阻器只能实现单一的兴奋性突触可塑性或抑制性突触可塑性，而不具有可重构的突触可塑性，因此很难实现大脑的兴奋和抑制平衡以及对光信息的进一步灵活处理。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术提供一种人工视觉系统，所述人工视觉系统包括一种基于光电忆阻器的视觉传感器，该光电忆阻器以AlO
x
/MLG为中间介质，能够在超低电压下实现双极性光电响应，以此为基础可以实现可重构的光电突触可塑性，为进一步集成以对光信息灵活处理奠定了基础。
[0005]本专利技术提供了一种人工视觉系统，该人工视觉系统包括一种基于光电忆阻器的视觉传感器，所述光电忆阻器包括第一电极、第二电极和AlO
x
/MLG薄膜介质层，所述AlO
x
/MLG薄膜介质层夹在第一电极和第二电极之间。
[0006]采用AlO
x
/MLG薄膜介质层构建光电忆阻器，利用石墨烯的负光电导效应和氧化铝的氧空位，达到既能使基于该光电忆阻器形成的人工光电突触可以在光刺激下不断改变其电导，模拟人类视网膜的视觉暂留功能，又具有可重构的突触可塑性，实现大脑的兴奋和抑制平衡以及对光信息的进一步灵活处理。
[0007]在其中一个实施例中，所述第一电极为ITO电极。
[0008]上述电极具有导电性强，透光性好的优势。
[0009]在其中一个实施例中，所述第二电极包括以下原料中的至少1种：Pt、Au、Pd、Ag、Cu。
[0010]在其中一个实施例中，所述第二电极选自：Pt或Au。
[0011]在其中一个实施例中，所述AlO
x
的氧原子个数为0＜x≤1.5。
[0012]采用上述材料能够具有结构简单、成本低、稳定性好且制备工艺与CMOS工艺兼容性好的优势。
[0013]本专利技术还提供了所述人工视觉系统的制备方法，包括以下步骤：
[0014]制备薄膜介质层：采用湿法转移在第一电极上转移上若干层MLG，采用三甲基铝和水为原料，通过原子层沉积技术，在所述若干层MLG上制备AlO
x
单层薄膜，即得；
[0015]制备光电忆阻器：采用离子溅射法在所述薄膜介质层上制备第二电极，即得；
[0016]制备人工视觉系统：在所述光电忆阻器两端施加恒定偏压，形成视觉传感器单元，取m
×
m个所述视觉传感器单元，排列成m列，第1至第n列、第m
‑
n+1列至第m列的视觉传感器单元，与剩余的视觉传感器单元反向排列；m为偶数，n≤m/2，n为整数。
[0017]采用上述制备方法，能形成以AlO
x
/MLG薄膜为中间介质的三明治结构，进而形成所述人工视觉系统；以上述方法制备的视觉系统，形成中间若干列与两边的视觉传感器朝向相反的排列方式，模拟了生物初级视觉皮层简单细胞感受野的拮抗作用，即中间若干列和两边若干列的视觉传感器具有相反的光响应(兴奋性或抑制性)；采用上述方法制备得到的视觉系统，根据基尔霍夫定律，该系统的输出电流(Ioutput)是所有器件的光电流之和，其输出的实时变化代表了对亮条纹变化的动态响应，基于所述工作原理，该人工视觉系统可以模拟初级视觉皮层简单细胞的感受野，可以检测具有明暗对比的直边，并对亮条纹刺激的方向有选择性。
[0018]在其中一个实施例中，所述制备薄膜介质层步骤中，所述湿法转移的反应温度为23
‑
27℃，所述若干层MLG的厚度为2
‑
10nm，所述原子层沉积技术的反应温度为150
‑
300℃，所述AlO
x
单层薄膜的厚度为15
‑
30nm。
[0019]采用上述反应条件具有低成本、无破坏性、膜保形性、低温处理、精细和高效的优势。
[0020]在其中一个实施例中，所述制备光电忆阻器步骤中，所述离子溅射法的反应温度为20
‑
30℃，反应气氛为惰性气体，气压为0.05
‑
0.15MPa，功率为50
‑
150W；所述第二电极的厚度为50
‑
300nm。。
[0021]采用上述反应条件具有薄膜质量较好，镀膜粘附性好，与基体结合牢固，材料溅射特性差别较其蒸发特性差别小的优势。
[0022]本专利技术还提供了一种视网膜阵列的制备方法，包括以下步骤：
[0023]制备并联电路结构：将所述人工视觉系统中的光电忆阻器的第二电极相连，形成并联电路结构；
[0024]制备视网膜阵列：另取1个所述人工视觉系统中的光电忆阻器，与所述并联电路结构反向串联，即得。
[0025]采用上述制备方法得到的视网膜阵列，能够将所述制备视网膜阵列步骤中的1个
所述光电忆阻器作为控制单元，配合所述并联电路结构实现光擦除成像的功能，通过给所述视网膜阵列的第二电极接地，测量电压分别施加到阵列中各个光电忆阻器的第二电极上，可以读取光电忆阻器的电流。所述光电忆阻器构建的人工视网膜阵列，对图案的灰度值具有一定的存储能力，并可以使用光脉冲来擦除记录的信息。
[0026]在其中一个实施例中，所述制备并联电路结构的步骤中，利用掩膜版将所述第二电极相连，所述掩膜版具有n
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n个直径为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工视觉系统，其特征在于，包括一种基于光电忆阻器的视觉传感器，所述光电忆阻器包括第一电极、第二电极和AlO
x
/MLG薄膜介质层，所述AlO
x
/MLG薄膜介质层夹在第一电极和第二电极之间。2.根据权利要求1所述的人工视觉系统，其特征在于，所述第一电极为ITO电极。3.根据权利要求1所述的人工视觉系统，其特征在于，所述第二电极包括以下原料中的至少1种：Pt、Au、Pd、Ag、Cu。4.根据权利要求1所述的人工视觉系统，其特征在于，所述AlO
x
的氧原子个数为0＜x≤1.5。5.权利要求1
‑
4中任一项所述的人工视觉系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备薄膜介质层：采用湿法转移在第一电极上转移上若干层MLG，采用三甲基铝和水为原料，通过原子层沉积技术，在所述若干层MLG上制备AlO
x
单层薄膜，即得；制备光电忆阻器：采用离子溅射法在所述薄膜介质层上制备第二电极，即得；制备人工视觉系统：在所述光电忆阻器两端施加恒定偏压，形成视觉传感器单元，取m
×
m个所述视觉传感器单元，排列成m列，第1至第n列、第m
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n+1列至第m列的视觉传感器单元，与剩余的视觉传感器单元反向排列；m为偶数，n≤m/2，n为整数。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备薄膜介质层步骤中，所述湿法转移的反应温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤春，温炜坤，夏利平，章勇，陈心满，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：