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有机聚合物掺杂离子液体忆阻器用于低电压人工光电突触
1
作者 李雯 曾诺兰 +4 位作者 周嘉 邢晓琳 周刘然 石伟 仪明东 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1547-1559,共13页
基于忆阻器的神经形态计算有望克服冯诺依曼瓶颈,有助于实现节能数据处理。有机聚合物因其优异的半导体和光电特性以及溶液加工优势,是低成本忆阻器和突触应用的理想候选者。然而,聚合物忆阻器的高操作电压和阻态随机切换问题限制了其... 基于忆阻器的神经形态计算有望克服冯诺依曼瓶颈,有助于实现节能数据处理。有机聚合物因其优异的半导体和光电特性以及溶液加工优势,是低成本忆阻器和突触应用的理想候选者。然而,聚合物忆阻器的高操作电压和阻态随机切换问题限制了其在神经形态芯片中的应用,增加了外围电路系统的复杂性。本研究利用掺杂离子液体[EMIM][PF_(6)]的有机聚合物MEH-PPV为活性层构建了垂直结构忆阻器,通过电输入调制各种短期和长期突触可塑性行为,显著降低了工作电压并增加了可调谐导电态范围。该忆阻器在mV级电压下实现光调控生物突触的关键特征和类脑学习与记忆特性,集成光信号传感、存储和处理功能。在此基础上,将该有机突触阵列应用于人类视觉神经系统的图案识别与记忆任务。研究结果为下一代低功耗高性能有机神经形态设备的设计提供了重要指导。 展开更多
关键词 忆阻器 有机聚合物 离子液体 光电突触 图像识别
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基于薄膜晶体管的铁电/驻极体协同有机光电突触
2
作者 李志达 赖秉琳 +3 位作者 李博文 王弘禹 洪上超 张国成 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期227-234,共8页
基于薄膜晶体管结构,在铁电突触晶体管的基础上,增加了驻极体这一功能层,制备出一种铁电/驻极体突触晶体管。与传统的铁电突触晶体管相比,其开关比增大了一个数量级,阈值电压减少了10 V。薄膜表面的均方根粗糙度从2.95 nm降到0.66 nm,... 基于薄膜晶体管结构,在铁电突触晶体管的基础上,增加了驻极体这一功能层,制备出一种铁电/驻极体突触晶体管。与传统的铁电突触晶体管相比,其开关比增大了一个数量级,阈值电压减少了10 V。薄膜表面的均方根粗糙度从2.95 nm降到0.66 nm,有利于载流子的传输。同时,在不同颜色的光照下,该器件呈现出4种不同的突触状态,多级光电突触的功能使其有望降低神经网络的复杂性。 展开更多
关键词 人工突触 薄膜晶体管 铁电突触晶体管 驻极体 光电突触。
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有机光电突触材料、器件及应用
3
作者 郭延博 刘钢 《功能高分子学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期5-18,共14页
随着大数据和物联网(IoTs)的迅猛发展,人工智能(AI)技术受到了广泛关注。可克服冯·诺依曼瓶颈和提高串行计算机性能的光电神经形态器件在半导体器件和集成电路领域的发展迅猛。光信号具有低功耗、低串扰、高带宽和低计算要求等优点... 随着大数据和物联网(IoTs)的迅猛发展,人工智能(AI)技术受到了广泛关注。可克服冯·诺依曼瓶颈和提高串行计算机性能的光电神经形态器件在半导体器件和集成电路领域的发展迅猛。光信号具有低功耗、低串扰、高带宽和低计算要求等优点,可视为额外端口以丰富突触可塑性的调节自由度。光电器件的光电性能在很大程度上依赖于光电材料的设计、制备。其中,有机材料具备分子多样性、成本低、易加工、机械柔韧性以及与柔性基板兼容等优点,是构建高性能光电突触器件的重要材料载体。本文从有机材料出发,介绍了其在光电器件和视觉仿生领域应用的最新进展,并讨论了当前的应用挑战和未来发展趋势。 展开更多
关键词 有机材料 有机-无机杂化材料 光电器件 光电突触 神经形态计算
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基于MEH-PPV:PCBM体异质结的有机人工光电突触
4
作者 李雯 李佳钰 +2 位作者 钱扬周 柯蕴芯 仪明东 《中国科学：化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期677-686,共10页
在识别与处理视觉信息、完成复杂的学习和记忆方面,集光学传感和突触功能于一体的人工光电突触表现出巨大的优势.目前已报道的光突触器件功能实现形式相对单一且不稳定,因此需要探索更多基于新材料和新结构的突触器件,以处理复杂多变的... 在识别与处理视觉信息、完成复杂的学习和记忆方面,集光学传感和突触功能于一体的人工光电突触表现出巨大的优势.目前已报道的光突触器件功能实现形式相对单一且不稳定,因此需要探索更多基于新材料和新结构的突触器件,以处理复杂多变的视觉信息.本研究采用了有机半导体材料聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔](MEH-PPV)和[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)构建垂直型光调控忆阻器,展现了其在处理视觉信息和模拟神经形态行为方面的优异性能.该器件通过体异质结实现了稳定、缓变的阻值变化,成功模拟了电压调控的长时程增强/抑制,呈现多种光电协同调控的突触可塑性.此外,该器件还成功模拟了人类视觉神经系统中的图案识别与记忆功能,证明了其在开发下一代人工视觉系统方面的应用潜力. 展开更多
关键词 有机半导体 体异质结 忆阻器 光电突触 图像识别
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光电人工突触研究进展
5
作者 杜剑宇 葛琛 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期378-386,共9页
传统的人工视觉系统基于冯•诺依曼架构,其视觉采集单元、处理单元和存储单元分离,因而冗余数据在各个单元之间传递会造成高延迟和能耗。为了解决这一问题,新一代神经形态视觉系统应用而生,其具有感知、存储、计算一体化的架构,既可以减... 传统的人工视觉系统基于冯•诺依曼架构,其视觉采集单元、处理单元和存储单元分离,因而冗余数据在各个单元之间传递会造成高延迟和能耗。为了解决这一问题,新一代神经形态视觉系统应用而生,其具有感知、存储、计算一体化的架构,既可以减少数据传递,又可以提高数据处理效率。作为神经形态视觉系统的硬件实现基础,光电人工突触器件近年来得到广泛研究。光电人工突触器件将光敏元件与突触器件的功能相结合,为实现低延迟、高能效和高可靠性的神经形态视觉系统提供了新的可能。虽然光电人工突触材料千差万别,但其工作机理主要包括氧空位的电离和解离、光生载流子的捕获和释放、光致相变以及光与铁电复杂相互作用等。本文从工作机理的角度,介绍了光电人工突触器件的最新研究进展,并分析了不同工作机理的优点及其面临的挑战。最后,概述了未来光电人工突触的应用前景和发展方向。 展开更多
关键词 光电人工突触 氧空位 光生载流子 光致相变 光致铁电极化反转 综述
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基于标准CMOS工艺的光电浮栅突触研究 被引量：1
6
作者 谢生 高旭斌 毛陆虹 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期701-705,共5页
作为神经形态视觉感知系统的基本单元,光电突触需实现光敏和突触双重功能.本文基于TSMC 180 nm标准CMOS工艺提出了一种由两个PMOS晶体管构建的光电浮栅突触结构,并利用浮栅电压表征突触权重.其中,一个PMOS管工作在光电混合模式,在光信... 作为神经形态视觉感知系统的基本单元,光电突触需实现光敏和突触双重功能.本文基于TSMC 180 nm标准CMOS工艺提出了一种由两个PMOS晶体管构建的光电浮栅突触结构,并利用浮栅电压表征突触权重.其中,一个PMOS管工作在光电混合模式,在光信号和电信号的刺激下,突触的浮栅电压分别呈现增加和降低特性,以此实现突触的兴奋性和抑制性功能;另一个PMOS管工作在隧穿模式,并通过Fowler-Nordheim(FN)隧穿机制修正突触权重.基于光电浮栅突触的电路模型,设计了用于像素识别的单元电路,搭建了3×3的像素阵列,并分析了无噪声和有噪声两种情形下的二值图像“+”识别.仿真结果表明,在基础光强为0 mW/cm^(2)和75 mW/cm^(2)的无噪情形和引入0.5 mW/cm^(2)噪声的有噪情形下,所设计的光电浮栅突触均可实现二值图像识别,并具有一定的抗噪声能力. 展开更多
关键词 神经形态计算 CMOS 光电突触 浮栅 突触权重
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光电神经形态器件及其应用 被引量：3
7
作者 沈柳枫 胡令祥 +2 位作者 康逢文 叶羽敏 诸葛飞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期365-387,共23页
传统冯·诺依曼计算机在并行性计算和自适应学习方面效率较低,无法满足当前飞速发展的信息技术对高效、高速计算的迫切需求.受脑启发的神经形态计算具有高度并行性、超低功耗等优势,被认为是打破传统计算机局限性,实现新一代人工智... 传统冯·诺依曼计算机在并行性计算和自适应学习方面效率较低,无法满足当前飞速发展的信息技术对高效、高速计算的迫切需求.受脑启发的神经形态计算具有高度并行性、超低功耗等优势,被认为是打破传统计算机局限性,实现新一代人工智能的理想途径.神经形态器件是实施神经形态计算的硬件载体,是构建神经形态芯片的关键.与此同时,人类视觉系统与光遗传学的发展为神经形态器件的研究提供了新的思路.新兴的光电神经形态器件结合了光子学与电子学各自的优势,在神经形态计算领域展露出巨大潜力,受到了国内外研究人员广泛关注.本文对光电神经形态器件及其应用的最新研究进行了总结.首先综述了人工光电突触与人工光电神经元,内容包括器件结构、工作机制以及神经形态功能模拟等方面.然后,对光电神经形态器件在人工视觉系统、人工感知系统、神经形态计算等领域中的潜在应用作了阐述.最后,总结了当前光电神经形态器件所面临的挑战,并对其未来的发展方向进行了展望. 展开更多
关键词 光电神经形态器件 光电突触 光电神经元 神经形态计算
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2023年新型光电半导体材料热点回眸
8
作者 马伟 凡群平 +8 位作者 刘宇航 闫晗 周科 王艺林 赵超 毕召召 吴强 王炳俊 白海瑞 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期188-203,共16页
第三代光电半导体具有可溶液低成本加工,透明轻薄,柔韧性好,可大面积成膜以及具有光电响应和离子传输能力等独特优势。聚焦此类半导体材料所制备的器件,回顾了有机光伏以及有机/无机杂化钙钛矿光伏的最新进展,探讨了其在柔性自供电、建... 第三代光电半导体具有可溶液低成本加工,透明轻薄,柔韧性好,可大面积成膜以及具有光电响应和离子传输能力等独特优势。聚焦此类半导体材料所制备的器件,回顾了有机光伏以及有机/无机杂化钙钛矿光伏的最新进展,探讨了其在柔性自供电、建筑光伏一体化等应用场景下的显著优势,讨论了第三代发光器件在材料选择和结构设计等方面的发展及其在照明和显示领域的应用前景;盘点了第三代半导体材料在人工光电突触方面的最新进展,主要聚焦于新机理、新器件结构、新功能,同时介绍了人工突触器件在感存算一体芯片、神经网络、智能仿生器件方面的最新应用。凝练了该领域所面临的重点科学问题,并展望了未来的科研及应用趋势。 展开更多
关键词 第三代光电半导体 有机光伏 钙钛矿光伏 第三代发光器件 人工光电突触
原文传递
光电神经突触器件研究进展 被引量：3
9
作者 李雅瑶 王越 +1 位作者 杨德仁 皮孝东 《中国科学：信息科学》 CSCD 北大核心 2020年第6期892-912,共21页
神经形态计算(类脑计算)以其自适应学习、高并行计算和低功耗等优点,被认为是最有希望解决冯·诺依曼(von Neumann)瓶颈的方法之一.实现神经形态计算的重要前提是开发能模拟生物突触行为的神经突触器件.电学神经突触器件是首先发展... 神经形态计算(类脑计算)以其自适应学习、高并行计算和低功耗等优点,被认为是最有希望解决冯·诺依曼(von Neumann)瓶颈的方法之一.实现神经形态计算的重要前提是开发能模拟生物突触行为的神经突触器件.电学神经突触器件是首先发展起来的神经突触器件,但是它们在统筹考虑带宽、连接、密度等因素下的整体优化面临着很大的挑战.近年来,把光引入神经突触器件,研制光电神经突触器件,为神经突触器件的发展带来了新机遇.对神经突触器件而言,光不仅具备电难以实现的高带宽、低串扰、低功率和无延迟等特性,还可以直接模拟视觉等至关重要的神经行为.光电神经突触器件作为基于光电集成的人工神经网络的基础,有望有力促进高性能和低功耗的神经形态计算的发展.本文主要介绍了光电神经突触器件的基本性能和类别,展示了已经实现的光电神经突触器件的模拟应用,并展望了今后光电神经突触器件的发展. 展开更多
关键词 光电神经突触器件 突触可塑性 能耗 氧空位离化与去离化 载流子俘获与释放
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有机神经形态机器视觉器件及系统
10
作者 胡嘉慧 江明浩 +4 位作者 周晔 文心洁 翟永彪 吕子玉 韩素婷 《中国科学：化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期446-467,共22页
随着有机半导体材料及其器件的快速发展,有机电子学在可穿戴设备、人工智能等发面取得快速发展.有机半导体材料具有成本低、生物相容性好、光谱响应可调、柔性度好等优势,在光电器件等新兴智能感知领域显示出巨大的商业应用潜力,同时也... 随着有机半导体材料及其器件的快速发展,有机电子学在可穿戴设备、人工智能等发面取得快速发展.有机半导体材料具有成本低、生物相容性好、光谱响应可调、柔性度好等优势,在光电器件等新兴智能感知领域显示出巨大的商业应用潜力,同时也是制造柔性仿生视觉传感器不可或缺的组成部分.本文从有机光电材料分类及用于视觉仿生感知的光电器件层面重点介绍了近年来人工神经形态视觉智能传感系统的研究进展,包括应用较多的视觉触觉多感集成系统.最后阐述了发展有机仿生视觉系统的重要意义与现存挑战以及展望,为将来有机视觉感知应用及多感集成提供可行的研究方向. 展开更多
关键词 有机材料 光电突触 仿生应用 多感融合 智能感知
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