基于离子型忆阻器的神经形态系统:从材料、器件到芯片

现有的“冯·诺依曼”体系因其计算与存储分离的特点难以满足人工智能、物联网等新技术在能耗和速率方面的发展需求,而存算一体化的类脑计算方案有望突破这一瓶颈.忆阻器是一种新型微电子基础器件,其电阻可通过外界电场调节,而且忆阻器在结构与功能上接近于生物大脑中的突触和神经元,利用其构建的忆阻神经网络具有小尺寸、高速和低能耗等优良特性,有助于实现更接近生物大脑的人工智能.本文对忆阻器领域近年来的研究进展进行了全面的综述:在材料层面,根据阻变机理介绍了忆阻器的不同类型;在器件层面,结合当前忆阻器的应用背景论述了基于离子型忆阻器的性能要求及优化措施;在系统层面,讨论了离子型忆阻器作为忆阻突触、忆阻神经元的应用,并进一步概述了忆阻神经网络的网络结构、学习算法和硬件实现,最后对基于离子型忆阻器的神经形态芯片所面临的挑战和未来前景进行了总结与展望.     

基于忆阻器的神经突触仿生器件研究

正忆阻器因其与神经突触类似的独特非线性电学性质,以及结构简单、集成度高等优势,在新型神经突触仿生电子器件领域引起广泛关注。忆阻器是除电阻器、电容器、电感器之外的第四种基本无源电子器件。蔡少棠(Leon Ong Chua)最早于1970年代在研究电荷、电流、电压和磁通量之间关系时推断出这种元件的存在,并指出它代表着电荷和磁通量之间的关联。忆阻器具有电阻的量纲,但有着不同于普通电阻的非线性电学性质。忆阻器的阻值会随着流经它的电荷量而发生改变,并且能够在断开电流时保     

神经形态器件研究进展与未来趋势

大数据时代的信息爆炸、摩尔定律的逐渐减缓和"万物互联"的最终愿景使得发展高性能的非传统计算迫在眉睫. 21世纪以来,神经形态计算以高度的并行、极低的功耗和存算一体的特征受到了广泛的关注.其中,具有独特物理机制的神经形态器件是神经形态计算硬件的基本组成单元,对新型非冯·诺依曼架构芯片的研发乃至类脑智能的最终实现都具有重要意义.本文重点介绍了神经形态器件的研究进展和未来研发的趋势.研究低功耗的神经形态器件与集成方法,提高突触器件的线性度、对称性和开关比以及从动力学角度模拟生物启发的神经系统是该领域的研究热点.     

用于信息存储、逻辑运算和大脑神经功能模拟的忆阻型离子器件

在电场作用下阳离子或阴离子的传输导致离子导体电阻态的变化,是离子导体的一般性阻变机理.与现有的半导体器件相比,忆阻型离子器件有显著优点:离子器件作为存储器时其信息存储密度高、能耗低、擦写时间只需几纳秒;离子器件还可用于逻辑运算,这样未来的计算机将不受冯·诺依曼瓶颈的限制,信息的存储与处理将均可由离子器件完成.尤为重要的是,用离子器件构建的人工神经网络能够实现类似大脑的学习、记忆和遗忘等功能,美国国防高级研究计划署的SyNAPSE项目有望于2016年制造出与猫智力相当的人工大脑,该人工大脑的能耗约为1 kW,体积小于2 L,这将是人工智能领域的一场革命.纳米离子器件将在下一个信息时代发挥重要作用.     

CsPbBr3钙钛矿纳米片的制备及其发光性能

通过精确地控制在高温注入法中的制备温度和合成时间,利用高温注入法制备出了全无机CsPbBr_3钙钛矿纳米片(nanoplates,NPs),并将所制备出来的CsPbBr3钙钛矿纳米片用简单的溶液旋涂法和真空蒸镀的方法制备了以CsPbBr_3钙钛矿纳米片为钙钛矿发光层的发光二极管(light emitting diodes, LEDs).同时对CsPbBr3钙钛矿纳米片的结构、形貌和光学性能及以CsPbBr3钙钛矿纳米片为钙钛矿发光层的LEDs的光电性能进行了表征和分析.分析表明,利用经本文改良过的高温注入法可以获得尺寸均一的CsPbBr3钙钛矿纳米片,并且具有良好的光学性能.通过使用溶液法所制备出的以CsPbBr_3钙钛矿纳米片为发光层的LEDs器件的外部量子效率(externalquantum efficiency, EQE)为1.71%.     

高稳定性、高量子产率CsPbBr3@CsPb2Br5纳米晶体的可控合成及性能

近年来,全无机铅卤钙钛矿材料(CsPbX3)因其优异的光学性能和相对于有机-无机杂化钙钛矿更好的稳定性等优势,从各类钙钛矿中脱颖而出,成为当前最具潜力的光电材料之一.本研究从提高全无机铅卤钙钛矿的稳定性出发,从材料的合成入手,采用创新方法:伪包晶法,利用溶液中的包晶反应实现对CsPbBr3钙钛矿的同元素表面修饰;通过合...