[發明專利]電路結構及其驅動方法、神經網絡

有效

• 申請號: 201710322907.3
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107122828B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 李辛毅;吳華強;宋森;張清天;高濱;錢鶴
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06N3/063
• 分類號: G06N3/063
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

一種電路結構及其驅動方法、神經網絡。該電路結構包括：至少一個電路單元，每個電路單元包括第一組阻變器件和第二組阻變器件，第一組阻變器件包括阻值漸變器件，第二組阻變器件包括阻值突變器件，第一組阻變器件和第二組阻變器件串聯連接，在未加電壓的情況下，第一組阻變器件的阻值大于第二組阻變器件的阻值。該電路結構利用阻值漸變器件和阻值突變器件串聯連接形成類神經元結構，以實現模擬人腦神經元的功能。阻值漸變器件的阻值在外加電壓下緩慢變化，可以用于模擬生物樹突的S型生長曲線的行為。該電路結構具有結構簡單、功耗低、面積小、可以實現復雜功能以及與標準CMOS工藝容易兼容等優點。

技術領域

本公開的實施例涉及一種電路結構及其驅動方法、神經網絡。

背景技術

隨著信息技術的高速發展，運行速度的提升和能耗的降低成為了傳統馮諾依曼計算架構發展的瓶頸，而類腦計算體系以其可大規模并行操作、低能耗、自主學習和自適應等特性被認為是目前尋求高性能計算機的突破方向。在人腦中，神經元和突觸是最主要、數量最多的神經單元。由此，構建類腦計算體系需要大量的類神經元和類突觸的電子器件，這些電子器件除了需要實現模擬神經元和突觸的功能外，還需要具有面積小、功耗低以及速度高等性能。

目前，在類腦計算體系中，類神經元的功能需要通過電路設計實現，由于硬件資源的限制，類神經元的電子器件存在能耗高、無法處理復雜任務等缺陷，進而限制類腦計算體系的發展。

發明內容

本公開至少一實施例提供一種電路結構及其驅動方法、神經網絡。該電路結構利用阻值漸變器件和阻值突變器件串聯連接形成類神經元結構，以實現模擬人腦神經元的計算、積分發射、衰減和過濾等功能。例如，阻值漸變器件的阻值在外加電壓下緩慢變化，可以用于模擬生物樹突的S型生長曲線的行為。該電路結構具有結構簡單、功耗低、面積小、可以實現復雜功能以及與標準CMOS工藝容易兼容等優點。

本公開至少一實施例提供一種電路結構，其包括：至少一個電路單元，每個電路單元包括第一組阻變器件和第二組阻變器件，第一組阻變器件包括阻值漸變器件，第二組阻變器件包括阻值突變器件，第一組阻變器件和第二組阻變器件串聯連接，在未加電壓的情況下，第一組阻變器件的阻值大于第二組阻變器件的阻值。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，阻值漸變器件具有第一阻值，阻值突變器件具有第二阻值，在未加電壓的情況下，第一阻值的范圍為1-100兆歐，第二阻值的范圍為1-1000千歐。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，阻值漸變器件包括層疊的第一氧化物層和第二氧化物層，第一氧化物層的氧含量高于第二氧化物層的氧含量。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，第一氧化物層的材料為五氧化二鉭或氧化鋁，第二氧化物層的材料為二氧化鉭。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，阻值漸變器件還包括第一電極層和第二電極層，第一氧化物層和第二氧化物層設置在第一電極層和第二電極層之間，且第一電極層與第一氧化物層電連接，第二電極層與第二氧化物層電連接。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，第一電極層的材料為活性金屬。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，該活性金屬為鋁、鎳、或鈦。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，阻值突變器件包括層疊的第三電極層、第三氧化物層和第四電極層，第三氧化物層設置在第三電極層和第四電極層之間。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，第三氧化物層的材料為五氧化二鉭、二氧化釩或二氧化鈮。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，第三電極層的材料為惰性金屬。

例如，在本公開至少一實施例提供的電路結構中，該惰性金屬為鉑、釕、銥或鈀。