[發(fā)明專利]基于可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)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(shè)計）人: 繆峰;梁世軍;潘晨;王晨宇;王鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王恒靜

本發(fā)明公開了一種基于可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件的人工突觸電路及該電路功能的實現(xiàn)方法，所述電路包括第一可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件M1、第二可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件M2、第三可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件M3以及電容元件C，其中，可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件在柵極電壓的調(diào)控下可以表現(xiàn)出NN結(jié)，PP結(jié)，PN結(jié)和NP結(jié)所具有的電學(xué)特性，電路中器件M2和器件M3的導(dǎo)通狀態(tài)由仿突觸前脈沖和仿突觸后脈沖的共同作用決定；相比于傳統(tǒng)MOS電路方案展示脈沖時間依賴可塑性和脈沖對突觸權(quán)重連續(xù)調(diào)節(jié)的神經(jīng)突觸功能的電路結(jié)構(gòu)，本方案中的電路所需的器件數(shù)目得到極大地減少，并且表現(xiàn)出了可重構(gòu)功能的特點，在構(gòu)建面向未來神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用的低功耗高密度集成仿生芯片方面展現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及神經(jīng)形態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件的人工突觸電路及實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

隨著模式識別，自動駕駛，人工智能等新興的電子應(yīng)用場景的發(fā)展，神經(jīng)形態(tài)計算計算的應(yīng)用價值得到進一步的增強，然而，由于傳統(tǒng)硅基CMOS器件在電學(xué)特性上表現(xiàn)單一，與生物神經(jīng)系統(tǒng)所具有的豐富可塑性動力學(xué)特征具有較大的差異，因此，利用傳統(tǒng)MOS器件構(gòu)建的神經(jīng)形態(tài)電路需要耗費大量的晶體管資源；例如構(gòu)建一個突觸電路需要超過10個晶體管，這樣導(dǎo)致了過高的功耗和較大的面積，無法滿足未來對低功耗的神經(jīng)形態(tài)計算的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件的人工突觸電路，其解決了突觸電路需要的器件過多導(dǎo)致的功耗高、面積大問題，本發(fā)明還提供一種人工突觸電路功能的實現(xiàn)方法。

技術(shù)方案：一方面，本發(fā)明提供基于可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件的人工突觸電路，所述電路包括第一可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件M1、第二可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)器件M2、第三可調(diào)同質(zhì)結(jié)場效應(yīng)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，且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，且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，通過流經(jīng)晶體管M2和M3的電流，實現(xiàn)充電/放電的操作，電容C兩端的相對電勢決定了M1的同質(zhì)結(jié)狀態(tài)，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(jié)構(gòu)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(cè)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(cè)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(yīng)，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(yīng)。

進一步的，包括：

所述溝道材料層采用的為雙極性場效應(yīng)特性材料，其為低維半導(dǎo)體材料。

進一步的，包括：

所述低維半導(dǎo)體材料為硅納米線、碳納米管、二維層狀材料或者有機半導(dǎo)體薄膜材料。

進一步的，包括：

所述雙極性場效應(yīng)特性材料為本征半導(dǎo)體，帶隙范圍在0.5～1.5eV，材料厚度小于30nm。

進一步的，包括：

所述同質(zhì)結(jié)狀態(tài)包括NN結(jié)，PP結(jié)，PN結(jié)和NP結(jié)電學(xué)特性。