[發明專利]一種多端輸入突觸器件及其可塑性調制方法

有效

• 申請號: 201810516810.0
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108777153B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 繆向水;段念;李祎
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G11C11/54
• 分類號: G11C11/54;G11C11/402;G11C11/22;G06N3/063
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種多端人工突觸器件，其特征在于，所述多端人工突觸器件為電導值非易失器件，器件電導值在外部激勵的調控下連續的發生變化，器件包含：

在接收信號后使其電導值變大的前端口I_pre，用于連接突觸前神經元，接收突觸前神經元傳輸信號；

在接收信號后使其電導值變小的后端口I_post，用于連接突觸后神經元，接收突觸后神經元傳輸信號；

在接收信號后使前端口I_pre輸入信號對電導值控制規律發生變化或者后端口I_post輸入信號對電導值控制規律發生變化的控制端I_c，用于接收控制信號；以及

在接收小于閾值的信號后其電導值保持不變的讀出端口I_read，用于根據前端口I_pre的輸入信號、后端口I_post的輸入信號及控制端I_c的輸入信號輸出輸出信號，輸出信號同多端人工突觸器件的電導值有關；多端人工突觸器件為雙極性晶體管器件或者場效應晶體管器件；

場效應晶體管器件為NOR Flash器件、NAND Flash器件、SONOS器件、浮柵晶體管器件、鐵電場效應晶體管器件、自旋場效應晶體管器件或氧化物場效應晶體管器件。

2.如權利要求1所述的多端人工突觸器件，其特征在于，所述多端人工突觸器件包含有多個控制端I_c。

3.如權利要求1或2所述的多端人工突觸器件，其特征在于，所述多端人工突觸器件為二維平面器件或者三維結構器件。

4.如權利要求1所述的多端人工突觸器件，其特征在于，當多端人工突觸器件為浮柵晶體管器件或者SONOS器件時，柵極作為多端人工突觸器件的后端口I_post，體電極作為多端人工突觸器件的前端口I_pre，漏電極作為多端人工突觸器件的讀出端口I_read，源電極端作為多端人工突觸器件的控制端I_c；

其中，浮柵晶體管包括依次層疊布置的柵氧化層、浮柵層、浮柵絕緣層及襯底層；柵氧化層上面設有柵極，在襯底層兩側依次設有漏電極和源電極，在襯底層設有體電極；

SONOS器件包括依次層疊放置的上氧化絕緣層、氮化硅層、下氧化絕緣層及襯底層；上氧化絕緣層上面設有柵極，在襯底層兩端設置有漏電極和源電極，體電極連接襯底層。

5.如權利要求1所述的多端人工突觸器件，其特征在于，當多端人工突觸器件為鐵電場效應晶體管時，柵極作為多端人工突觸器件的前端口I_pre，體電極作為多端人工突觸器件的后端口I_post，漏電極作為多端人工突觸器件的讀出端口I_read，源電極端作為多端人工突觸器件的控制端I_c；

鐵電場效應晶體管包括依次層疊布置的鐵電材料層、絕緣層及襯底層，在鐵電材料層上方設置有柵極，在襯底層兩端設置有漏電極和源電極，體電極連接襯底層。

6.如權利要求1至5任一項所述的多端人工突觸器件的多階突觸可塑性調制方法，其特征在于，包括如下步驟：

在前端口I_pre輸入脈沖信號序列，將后端口I_post接地，脈沖信號序列中每個脈沖信號能使人工突觸器件的電導值增大，且脈沖信號序列中后一個脈沖信號的幅值大于前一個脈沖信號的幅值，或者后一個脈沖信號的寬度大于前一個脈沖信號的寬度，使人工突觸器件的電導值增大的程度變大，實現增強型突觸可塑性功能；或者

在后端口I_post輸入脈沖信號序列，將前端口I_pre接地，脈沖信號序列中每個脈沖信號能使人工突觸器件的電導值減小，且脈沖信號序列中后一個脈沖信號的幅值大于前一個脈沖信號的幅值，或者后一個脈沖信號的寬度大于前一個脈沖信號的寬度，使人工突觸器件的電導值減小的程度變大，實現抑制型突觸可塑性功能。

7.如權利要求1至5任一項所述的多端人工突觸器件的脈沖時序依賴突觸可塑性調制方法，其特征在于，包括如下步驟：

前端口I_pre輸入突觸前脈沖信號P_pre，后端口I_post輸入突觸后脈沖信號P_post；突觸前脈沖信號與突觸后脈沖信號的時間差Δt大于零，疊加信號的有效幅值大于零，且疊加信號的有效幅值隨時間差Δt增大而減小；實現增強型脈沖時序依賴突觸可塑性功能；或者

前端口I_pre輸入突觸前脈沖信號P_pre，后端口I_post輸入突觸后脈沖信號P_post；突觸前脈沖信號與突觸后脈沖信號的時間差Δt小于零，疊加信號的有效幅值小于零，且疊加信號的有效幅值隨時間差Δt增大而減小，實現抑制型脈沖時序依賴突觸可塑性功能。