[發(fā)明專利]基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路及實現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010596185.2
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111709521B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 繆峰;梁世軍;潘晨;王晨宇;王鵬飛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06N3/06
• 分類號: G06N3/06;H03K19/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王恒靜

1.一種基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路，其特征在于，所述電路包括第一可調同質結場效應器件M1、第二可調同質結場效應器件M2、第三可調同質結場效應器件M3以及電容元件C；

M2的源極S2和M3靠近源極的柵極電極G3A連接作為第一輸入端，其用于輸入仿突觸前脈沖，M3的源極S3和M2的靠近源極的柵極電極G2A連接作為第二輸入端，其用于輸入仿突觸后脈沖；M2的漏極D2和靠近漏極D2的柵極電極G2B連接，并與M1靠近源極S1的柵極電極G1A相連，M3的漏極D3和靠近漏極D3的柵極電極G3B連接，并與M1靠近漏極D1的柵極電極G1B相連；所述電容C連接在M1的兩個柵極電極G1A與G1B之間，M1的源極S1與漏極D1分別用于施加源極偏壓V₁和漏極偏壓V₂；

所述M1、M2以及M3結構相同，均包括襯底絕緣材料、溝道材料層、絕緣層和金屬電極層，所述金屬電極層包括漏電極層、源電極層、柵電極層A和柵電極層B，所述柵電極層A和柵電極層B并列制備于襯底絕緣材料之上，且柵電極層A和柵電極層B之間留有間隙，保證二者之間電絕緣，絕緣層完全覆蓋于柵電極層A和柵電極層B之上，所述漏電極層置于所述柵電極層A上方的溝道材料層的左側邊緣，所述源電極層置于所述柵電極層B上方的溝道材料層的右側邊緣，即柵電極層A與M1中的柵極電極G1B，M2中的柵極電極G2B以及M3中的柵極電極G3B對應，所述柵電極層B與M1中的柵極電極G1A，M2中的柵極電極G2A以及M3中的柵極電極G3A對應。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路，其特征在于，所述溝道材料層采用低維半導體材料，且其具有雙極性場效應特性。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路，其特征在于，所述低維半導體材料為硅納米線、碳納米管、二維層狀材料或者有機半導體薄膜材料。

4.根據(jù)權利要求2所述的基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路，其特征在于，所述具有雙極性場效應特性的材料為本征半導體，其帶隙范圍在0.5～1.5eV，材料厚度小于30nm。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路，其特征在于，所述同質結狀態(tài)包括NN結，PP結，PN結和NP結。

6.一種根據(jù)權利要求1-5任一項所述的基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路的電路功能實現(xiàn)方法，其特征在于，包括：

對M1的源極S1和漏極D1施加偏壓V₁和V₂，且V₁V₂，測定此時經(jīng)過M1的電流值I_ds-M1-before；

施加仿突觸前脈沖和仿突觸后脈沖，記錄仿突觸前脈沖電壓和仿突觸后脈沖電壓的時間差Δt；

測定施加仿突觸前脈沖和仿突觸后脈沖后經(jīng)過M1的電流值I_ds-M1-after，進而計算突觸的權重變化量ΔW；

偏壓V₁和V₂不變，改變仿突觸前脈沖和仿突觸后脈沖的輸入時間差，確定ΔW和Δt之間的變化規(guī)律，進而模擬生物上的反赫布學習規(guī)則。

7.根據(jù)權利要求6所述的基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路的功能實現(xiàn)方法，其特征在于，所述ΔW和Δt之間的變化規(guī)律，包括：

當Δt0時，產(chǎn)生凈的負向有效脈沖，減小了M1的導電能力，即減弱了突觸連接的強度，否則，

當Δt0時，產(chǎn)生凈的正向有效脈沖，增強M1的導電能力，即加強了突觸的連接強度，且此時當|Δt|增加時，凈有效脈沖的絕對值將減小，即減小了突觸權重變化量的絕對值|ΔW|。

8.根據(jù)權利要求6所述的基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路的功能實現(xiàn)方法，其特征在于，該方法還包括：

將偏壓V₁和V₂的值對調后保持不變，改變仿突觸前脈沖和仿突觸后脈沖，確定ΔW和Δt之間的變化規(guī)律，進而模擬生物上的赫布學習規(guī)則。

9.根據(jù)權利要求8所述的基于可調同質結場效應器件的人工突觸電路的功能實現(xiàn)方法，其特征在于，當Δt0時，產(chǎn)生凈的正向有效脈沖，增強了M1的導電能力，即增強了突觸連接的強度，否則，

當Δt0時，產(chǎn)生凈的負向有效脈沖，減弱了M1的導電能力，即減弱了突觸連接的強度。