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基于相变材料的片上光电存算一体化器件的研发
现阶段所设计的存算一体器件单元结构如图 1 所示: 器件的基本结构由波导和功能层(由下到上分为加热层、电极层、保护层、相变材料(硫系化合物)层)所构成。拟通过在当前流行的绝缘层上硅(SOI)光子平台上集成四氮化三硅光波导的方式实现器件的光学读取功能,即在非常厚的硅衬底层上生长一层绝缘层二氧化硅和波导层,然后在基片上通过光刻、显影、刻蚀等工艺制备四氮化三硅波导。功能层主要用于实现器件的电学写入功能。加热器层的主要用途是与相变材料层形成电接触,通过较小的接触面积使接触处的热量集中,从而可以在较小的电压或电流下使相变材料发生相变。因此需要加热器层具备较好的导热和导电性能,同时在近 C 波段具有较低的光损耗,可采用石墨烯。电极层可用于提供相变材料器件单元所需要的编程电脉冲。当前拟采用硒掺杂的相变材料合金(如 GSST)作为器件的核心功能层的相变材料。该材料在通信/非通信波段显示了极低的光损耗和更高的品质因数,且相变前后在通信 C 波段具有足够大的光学常数反差,可在更恶劣的高温环境下进行操作,适用于硅基光子器件应用。 采用的主要技术手段包括: ① 依托于相变材料的电致和光致相变特性,通过电学编程、光学读取的方法实现器件的存储、算术运算和逻辑运算功能:  存储功能的实现:拟利用相变材料晶态低透过率和非晶态高透过率分别代表二进制中的‘1’和‘0’,实现数据存储(编程)功能。例如在电极两端施加合适的电脉冲,所产生电流流经加热层时,生成的热量主要集中在加热层和相变材料层接触处,使得接触处的相变材料发生相变,实现存储功能。在完成上述编程操作后,从器件波导输入端输入读取连续光。由于相变材料功能层对光强的吸收能力在编程和非编程区域间存在着显著的差异,因此当输入光经过波导后,其能量会因为相变材料编程区域的吸收而发生改变,进而显著改变输出光强能量。所以通过测量输入输出光强的能量之比(即透过率),可实现对先前编程区域的读取。  算术和逻辑功能的实现:通过调整编程电脉冲的幅度和宽度可以动态调控相变材料的相变程度,使得器件的中间透过率值可用于代表不同的数值,实现多级存储功能。所以拟采用输入脉冲数量对应加数的方法实现标量加法计算。同时由于所设计器件的读取连续光输出功率可视为读取连续光输入功率和器件透过率的乘积,因此可采用将输入功率和透过率作为被乘数和乘数的方法实现基本乘法运算。除此之外还可以将器件功能层的初始状态设置为非晶相,把晶化脉冲幅值和不足以产生晶化的脉冲幅值分别作为输入逻辑‘1’和‘0’;同时设定一个判定阈值并与编程后器件透过率的变化率进行对比,把高于和低于阈值的透过率变化率分别作为输出逻辑 ‘1’和‘0’;通过合理选择编程脉冲有望实现各种逻辑功能输出。 ② 基于器件透射率可调特性验证其实现神经突触的可行性。并依托所设计人工突触构建人工神经网络芯片,实现图像、语音和文本识别功能:  突触可塑性是大脑记忆和学习的神经生物学基础,也是人工类脑器件需要实现的首要功能。为实现突触可塑性,拟把相变材料和波导之间的耦合区域视为仿生神经突触,左右两端电极分别代表突触前和突触后,分别施加在两端电极上的电脉冲则作为突触前和突触后刺激。通过调节从左右两端电极输入耦合区域的电脉冲时间差对耦合区域的光透过率进行连续调控,进而依托于上述存算理论模型和实物器件仿真和实验实现仿生神经突触的脉冲时序依赖可塑性(Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  将不同波长的光脉冲序列输入所设计的突触单元, 经过相变材料的作用,脉冲强度发生变化,对应于乘法器。进而借助于微环结构,将不同波长的脉冲导入进同一波导中,该功能类似加法器。相加后的脉冲光强较小时,读取光与微环发生共振,在输出端口没有光强输出。当光强达到一定的阈值后,读取信号不再和微环发生共振,而是传播到输出端口。这一过程类似神经元脉冲信号的激发,实现了非线性激活函数的功能。利用上述的单个神经元结构,验证其监督式机器学习和非监督式机器学习。对于监督式机器学习,权重的数值通过外部管理器设置;对于非监督式机器学习,不再需要外部管理器来设置权重值,而是通过输出光脉冲进行反馈控制,调整权重值。在单个神经元结构的基础上,更复杂的光学脉冲神经网络结构,证明该结构的可扩展性。拟设计的神经网络中的每一层结构包括三个功能单元,即收集器、分发器和神经突触结构。收集器将上一层不同波长的光脉冲信号收集到同一根波导中,分发器将光脉冲分发给多个神经元,神经突触结构则产生光脉冲信号,输入给下一层结构。基于上述结构实现图片、语音和文本的识别。 创新性分析:①首次研究了一款基于“电学编程、光学读取”模式的光电混合存算一体化器件。与传统电学存算一体化器件相比,拟研发的器件可以进行长距离的信息传输,具有传输带宽高、信号间延迟低、损耗低、抗干扰、集成密度高等优点。②采用硒(Se)掺杂的相变材料作为存算一体化器件的核心功能材料。与采用其他相变材料的存算一体器件相比,以硒参杂的相变材料作为功能材料的存算一体器件有望展现出极低的光损耗。③提出了一种基于“电学脉冲刺激、光学权重调节”的人工神经突触。该突触器件有望成为未来通用型人工神经突触,填补了光电混合型人工突触的技术空白。 先进性分析:①所提出的光电混合工作模式使得该存算一体化器件不但具有传统集成电路的高密度特性,且兼具光通信技术的宽频带、低延迟、抗干扰的优越性能。②所采用硒参杂的相变材料不但继承了传统材料具有的快速相变转化速度、低功耗和稳定性强等特性,且本身在通信波段非晶态透明的同时还保持了相变前后足够大的光学性能差异的特点。③所设计的突触继承了人工电子突触和全光突触的优点,具有高集成度、低功耗、超快响应时间、稳定性强等优点。 独占性分析:根据已取得成果正在撰写专利,以获得该关键技术的独有权。 
南京邮电大学 2021-05-11
一种基于片上系统的无线温湿度监控节点及其监控方法
本发明公开了一种基于片上系统的无线温湿度监控节点及其监控方法,所述无线温湿度监控节点包括均单片机CC430、数字温湿度传感器SHT11、聚合物锂电池、天线、32.768kHz的低频晶振、26MHz的高频晶振和JTAG调试口。本发明利用无线温湿度监控节以及其监控方法,不仅在环境的安装部署上极为简便,在维护或者改装变迁上也非常方便;另外本发明是休眠和工作之间来回切换,极大程度的降低了功耗,而且也有效的避开了多个节点之间的相互干扰。
四川大学 2016-10-27
上海康碳复合材料科技有限公司碳/碳复合材料领域技术成果
上海康碳复合材料科技有限公司是碳/碳复合材料领域的优秀技术企业。公司从事复合材料技术领域内的技术开发、技术转让、技术咨询、技术服务,从事复合材料的技术检测,新能源技术推广服务,新材料科技推广服务,从事碳/碳复合材料的研发和生产,机电设备、复合材料的销售,从事货物进出口及技术进出口业务。点击上方按钮联系科转云平台进行沟通对接!
中国科学院大学 2021-04-10
一种金属软磁复合材料的流延温等静压复合成型制备方法
本发明公开了一种金属软磁复合材料的流延温等静压复合成型制备方法。1)将钝化剂和溶剂混合起来得到钝化液,将钝化液和磁性金属粉末混合,搅拌,烘干,得到钝化粉;2)将钝化粉和有机溶剂,分散剂,粘结剂,增塑剂按照一定的比例混合,搅拌均匀,并经过筛网过滤,除泡,制备得均匀弥散的浆料;3)流延成型;4)素坯温等静压压制。利用流延温等静压复合成型方法制备的金属软磁复合薄膜将固化和等静压工序简化为一道工序,电阻率高,机械强度好,密度和饱和磁通密度有很大提高。结合较成熟的流延工艺和温等静压工艺,使金属软磁复合材料的生产工艺简单化,成本降低,性能优异,在薄膜电感等电子器件的制备中有广阔的应用前景。
浙江大学 2021-04-11
一种基于激光冲击波技术定向超高速喷涂的方法及装置
(专利号:ZL 201510093120.5) 简介:本发明公开一种基于激光冲击波技术定向超高速喷涂的方法及装置,涉及零件加工再制造技术领域。该喷涂方法首先利用电极产生的高温电弧加热熔化涂层材料的喷涂丝成熔滴脱落,熔滴被雾化气体雾化成微滴流,然后由激光脉冲束辐照于微滴流表面上,表面一部分微滴吸收激光能量,瞬间气化和电离形成高压等离子体,高压等离子体继续吸收激光能量膨胀爆炸形成GPa量级的高压冲击波,高压冲击波驱动着微粒流高速喷射到工件表面形成涂层。喷涂装置包括激光发生器、导光分光系统、电弧制液系统、工件夹具系统、回收系统以及控制系统。本发明能够实现高速高效喷涂,涂层与基体的结合强度好,涂层的致密度高、空隙率低,具有较高抗热疲劳和机械疲劳的性能。
安徽工业大学 2021-04-11
硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器
本发明的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器是由共面波导传输线、缝隙耦合结构、移相器、单刀双掷开关、T型结功分器、T型结功合器以及间接式热电式功率传感器所构成,基于高阻Si衬底制作,其上有四个缝隙耦合结构,上方的两个缝隙耦合结构实现信号的频率测量,下方的两个缝隙耦合结构实现信号的相位测量,在前后缝隙之间有一个移相器;T型结功分器和T型结功合器是由共面波导传输线、扇形缺陷结构和空气桥所组成;间接式热电式功率传感器由共面波导传输线、终端电阻以及热电堆所构成,热电堆是由两种不同的半导体臂级联组成。
东南大学 2021-04-14
Si基微机械悬臂梁耦合间接加热式毫米波信号检测器
本发明的Si基微机械悬臂梁耦合间接加热式毫米波信号检测器,结构包括悬臂梁耦合结构、功率合成/分配器、间接加热式微波功率传感器和开关。悬臂梁耦合结构包括两组悬臂梁,每组悬臂梁由两个对称的悬臂梁构成,用于耦合部分待测信号,两个悬臂梁之间CPW传输线的电长度在所测信号频率范围内的中心频率35GHz处为λ/4。功率通过输入端口对应的CPW信号线终端的间接加热式微波功率传感器进行检测;频率检测通过测量两路在中心频率处相位差为90度的耦合信号的合成功率实现;相位检测通过将两路在中心频率处相位差为90度的耦合信号
东南大学 2021-04-14
硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测仪器
本发明的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测仪器是由传感器、模数转换、MCS51单片机和液晶显示四大模块组成,传感器是由共面波导传输线、缝隙耦合结构、移相器、单刀双掷开关、T型结功分器、T型结功合器以及间接式热电式功率传感器所构成,整个结构基于高阻Si衬底制作,上方的两个缝隙耦合结构实现信号的频率测量,下方的两个缝隙耦合结构实现信号的相位测量;T型结功分器和T型结功合器主要是由共面波导传输线、扇形缺陷结构和空气桥所组成;间接式热电式功率传感器由共面波导传输线、终端电阻以及热电堆所构成。模数转换
东南大学 2021-04-14
Si基微机械悬臂梁耦合直接加热式毫米波信号检测器
本发明的Si基微机械悬臂梁耦合直接加热式毫米波信号检测器,结构由悬臂梁耦合结构、功率合成/分配器、直接加热式微波功率传感器和开关构成。悬臂梁耦合结构包括两组悬臂梁,每组悬臂梁由两个对称的悬臂梁构成,两个悬臂梁之间CPW传输线的电长度在所测信号频率范围内的中心频率35GHz处为λ/4。功率通过输入端口对应的CPW信号线终端的直接加热式微波功率传感器进行检测;频率检测通过利用直接加热式微波功率传感器测量两路在中心频率处相位差为90度的耦合信号的合成功率实现;相位检测通过将两路在中心频率处相位差为90度的
东南大学 2021-04-14
硅基缝隙耦合式T型结的直接式毫米波信号检测器
本发明的硅基缝隙耦合式T型结的直接式毫米波信号检测器是由共面波导传输线、缝隙耦合结构、移相器、单刀双掷开关、T型结功分器、T型结功合器以及直接式热电式功率传感器所构成,该结构是制作在高阻Si衬底上,其上有四个缝隙耦合结构,上方的两个缝隙耦合结构实现信号的频率测量,下方的两个缝隙耦合结构实现信号的相位测量,在前后缝隙之间有一个移相器;T型结功分器和T型结功合器主要是由共面波导传输线、扇形缺陷结构和空气桥组成;直接式热电式功率传感器由共面波导传输线、热电偶和隔直电容所构成,热电偶是由金属臂和半导体臂串联
东南大学 2021-04-14
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