[發(fā)明專利]一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)突觸及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911424036.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111142186B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃北舉;張歡;程傳同;毛旭瑞;陳弘達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/12
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王中葦

本發(fā)明提供了一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)突觸，包括：脊形波導(dǎo)層(1)、狹縫結(jié)構(gòu)(2)、相變材料(3)以及平板波導(dǎo)層(4)；狹縫結(jié)構(gòu)(2)設(shè)置于脊形波導(dǎo)層(1)之間，且與脊形波導(dǎo)層(1)接觸，狹縫結(jié)構(gòu)(2)與脊形波導(dǎo)層(1)之間形成凹槽結(jié)構(gòu)(5)；相變材料(3)填充凹槽結(jié)構(gòu)(5)，相變材料(3)還設(shè)置于脊形波導(dǎo)層(1)以及填充后的凹槽結(jié)構(gòu)(5)的表面；脊形波導(dǎo)層(1)以及狹縫結(jié)構(gòu)(2)設(shè)置于平板波導(dǎo)層(4)的上方，脊形波導(dǎo)層(1)、狹縫結(jié)構(gòu)(2)以及平板波導(dǎo)層(4)形成的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)波導(dǎo)的單模傳輸。本發(fā)明提供的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)突觸至少用于解決神經(jīng)突觸中權(quán)重動態(tài)范圍低以及動態(tài)功耗高的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅基光子集成器件及神經(jīng)形態(tài)芯片領(lǐng)域，特別涉及一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)突觸及其制備方法。

背景技術(shù)

由于受馮諾依曼計算架構(gòu)的限制，在計算機中計算和存儲不能同時進(jìn)行，這種架構(gòu)嚴(yán)重制約著計算機的計算效率和能耗，而人腦消耗20W的功率就能夠處理10²⁰MAC/s的數(shù)據(jù)量，計算效率約比當(dāng)今超級計算機高9個數(shù)量級，于是人們開始轉(zhuǎn)向?qū)θ四X的研究。人腦中大約含有10¹¹個生物神經(jīng)元，它們通過10¹⁵個聯(lián)接聯(lián)成一個系統(tǒng)。由于神經(jīng)元間通過突觸相互連接，信息在突觸間進(jìn)行轉(zhuǎn)換、加權(quán)處理和傳遞，而突觸又是神經(jīng)元最重要、數(shù)量最多的組成部分，再加之光具有高速、低能耗、低串?dāng)_、可擴(kuò)展性和高互連帶寬等優(yōu)點，因此制備低能耗光學(xué)神經(jīng)突觸非常必要。

對于光學(xué)神經(jīng)突觸，基于微型光纖和碳納米管分別實現(xiàn)了光學(xué)神經(jīng)突觸和光電神經(jīng)突觸的制備，它們具有大帶寬和沒有電互連損耗的優(yōu)點，但同時它們面臨著難于集成和速度限制等難題。

基于波導(dǎo)結(jié)合相變材料的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光學(xué)神經(jīng)突觸逐漸成為一種趨勢。但目前已存在的光學(xué)神經(jīng)突觸均采用脊形波導(dǎo)結(jié)合相變材料的結(jié)構(gòu)，通過相變材料和消逝場的耦合實現(xiàn)相變材料和波導(dǎo)光場的相互作用，但該技術(shù)由于波導(dǎo)光場的消逝場較弱，因此相變材料和消逝場的相互作用也較弱。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明提供的一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)突觸，至少用于解決上述消光比低、動態(tài)功耗高以及實現(xiàn)單模傳輸?shù)膯栴}。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明實施例提供一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)突觸，包括：脊形波導(dǎo)層1、狹縫結(jié)構(gòu)2、相變材料3以及平板波導(dǎo)層4；狹縫結(jié)構(gòu)2設(shè)置于脊形波導(dǎo)層1之間，且與脊形波導(dǎo)層1接觸，狹縫結(jié)構(gòu)2與脊形波導(dǎo)層1之間形成凹槽結(jié)構(gòu)5；相變材料3填充凹槽結(jié)構(gòu)5，相變材料3還設(shè)置于脊形波導(dǎo)層1以及填充后的凹槽結(jié)構(gòu)5的表面；脊形波導(dǎo)層1以及狹縫結(jié)構(gòu)2設(shè)置于平板波導(dǎo)層4的上方，脊形波導(dǎo)層1、狹縫結(jié)構(gòu)2以及平板波導(dǎo)層4形成的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)波導(dǎo)的單模傳輸。

可選地，相變材料3的結(jié)構(gòu)包括：T型結(jié)構(gòu)。

可選地，神經(jīng)突觸還包括：襯底6、波導(dǎo)隔離層7以及保護(hù)層8；襯底6、波導(dǎo)隔離層7、平板波導(dǎo)層4依次接觸設(shè)置；脊形波導(dǎo)層1以及狹縫結(jié)構(gòu)2設(shè)置于平板波導(dǎo)層4的上方；保護(hù)層8設(shè)置于相變材料3的上方。

可選地，脊形波導(dǎo)層1的厚度小于等于800nm，寬度范圍為0.4μm-2.8μm。

可選地，狹縫結(jié)構(gòu)2的厚度小于等于800nm，寬度范圍小于等于200nm。

可選地，設(shè)置于脊形波導(dǎo)層1以及填充后的凹槽結(jié)構(gòu)5表面的相變材料3的厚度范圍小于等于200nm。

可選地，波導(dǎo)隔離層7的折射率小于平板波導(dǎo)層4的折射率。

可選地，平板波導(dǎo)層4的折射率范圍為1.5-3.5。