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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
一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的系统及方法
本发明公开了一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的系统及其方法,所述系统沿着薄膜输送方向依次包括开卷装置、第一检测装置、上料装置、压合装置、第二检测装置、裁切装置、第三检测装置、下料装置以及收卷装置。其中开卷和收卷装置分别用于将薄膜展开和缠绕收卷,上料和压合装置分别用于真空吸附片材和将片材在薄膜上叠合,裁切装置用于对复合叠层执行断点切断,第一、第二和第三检测装置用于检测柔性薄膜的输送、叠合对位和裁切效果予以检测和反馈,下料装置用于对复合叠层执行下料及分类处理。通过本发明,能够保证薄膜的稳定输送及其与片材之间的精确定位,防止片材出现弯曲和脆裂现象,而且便于对复合叠层进行裁切和分类处理。
华中科技大学 2021-04-11
轻合金半固态流变压铸成形工艺与设备
项目的简单概述 通过自行研制开发的轻金属半固态制备与流变成形设备及工艺控制技术,将熔融的镁合金、铝合金液体制备成半固态浆料并直接进行流变压铸成形。采用半固态制备与直接成形技术可使成形件的组织得到改善,明显降低成形件的表面及内部缺陷,并提高成形件的强度和塑性。 项目来源 本项目来源于国家973项目“先进镁合金半固态制备与成形基础研究”和国家863项目“半固态轻合金设计、制备与成形技术开发与应用”项目。 项目的最新进展、所达到的水平 该技术的特点:半固态浆料制备与直接成形一体化;效率高;浆料制备体积及成形件尺寸范围宽;适合于镁合金、铝合金及其复合材料半固态制备及直接成形。 项目的关键数据,如性能、各项指标等该设备及技术包括:轻金属合金(镁合金、铝合金等)熔炼炉、半固态浆料制备系统;浆料流量控制装置以及电控系统、压铸机和相关工艺控制软件等。半固态制备的剪切速率最高可达10000/s;可以连续制备镁合金、铝合金即其复合材料的半固态浆料,同压铸机连接可直接将半固态浆料进行压铸成形;成形件的重量在几十g~1000g左右;配备压铸机的能力在180~600吨
北京科技大学 2021-04-11
航空航天典型零件加工工艺和刀具
一、项目简介本项目针对航空航天中的钛合金框架类零件,拟通过加工工艺优化实现效率最大化和成本最小化双目标;并以典型零部件,即某型航空发动机机匣的切削大数据为研究对象,采用深度学习方法对其进行多层次、多目标优化分析,研发可替代进口航空航天精密刀具 9-12 种。并将应用对象扩展到大飞机滑轨零件、涡轮盘零件、航空高温合金零件等航空航天关键零部件。二、市场前景及应用该项目成果已在西飞、西航等大型航空航天企业的重点型号工程上得以应用。预期在未来五年内产生 1 亿元的经济效益;相较现有加工方式,预期可节省 10%的原料,同时缩短加工周期;项目预期产生 2 亿元左右的间接经济效益;项目成果的整体性价比优于同类国外进口刀具产品的 15%。本项目极大推动了校企合作平台的构建、制造大数据示范应用及工业 4.0大学版智能制造平台的建设;部分打破国外垄断,实现行业引领和国际领先。三、技术成熟度概念验证四、合作方式联合研发 技术入股 转让附图:原理样机 工程样机 中试产业化授权(许可) 面议西安交通大学国家技术转移中心2104 工业机器人
西安交通大学 2021-04-10
爆轰合成金刚石的连续提纯工艺及其装置
本发明涉及爆轰合成金刚石的连续提纯工艺及其装置。爆轰合成金刚石的连续提纯工艺,将爆轰灰与纯度为95%-98%浓硫酸混合成原料浆料,按一定的流量从底部或下部注入反应釜,50%-60%高氯酸根据物料处理量从反应釜底部注入反应釜,混合搅拌充分发生氧化反应;反应物根据进料量和反应釜容量限定从底部或下部进入下一级反应釜中,从下一级反应釜底部补充高氯酸;经连续分级提纯直至物料颜色从黑色变为灰白色止。
北京理工大学 2021-04-10
一种化肥废水处理工艺优化方法
该专利为华南理工大学和湖北宜化集团有限责任公司在共同承担国家科技支撑项目中产出的科研成果。开发出清洁生产工艺与化肥废水优化处理方法,解决了化肥废水生物脱氮技术难点问题,提高污水脱氮除磷处理效果,并实现工程推广应用。该技术污染物减排效率比国内外同类主流工艺大幅提高,废水处理后出水达到国家一级排放标准。本项成果可广泛应用于城市污水、垃圾渗滤液及其他含氮废水处理,对建设“生态文明”、实施“可持续发展战略”有重要作用。专利技术在国内多家大型化肥生产企业实施以来,累计实现污染物减排:削减COD量超过16.34万吨/年、削减NH4+-N量为3.51万吨/年、削减T-P量为463.72吨/年;实现污染物减排与社会环境效益显著,已累计节省资金约2.51亿元;对减轻水体的氮磷污染、减轻水体富营养化都有重要贡献。
华南理工大学 2021-04-10
金红石TiO2生产工艺简介
金红石型TiO2是化学、电子行业重要的原料,主要用于生产各种电子产品和化学工业催化剂。随着我国电子工业的发展,对金红石型TiO2的需求量愈来愈大。且我国金红石型TiO2的出口量也逐年增加。目前国内生产厂家不多,主要有上海钛白粉厂和无锡钛白厂生产。对于超细金红石TiO2生产厂家就更少
武汉工程大学 2021-04-11
低成本为中品位硅钙质胶磷矿选矿工艺
 20世纪八十年代,采用正反浮选技术富集中低品位硅钙质磷块岩技术,在降低磷矿中MgO含量方面取得突破性进展。而这一当时鉴定为“国际先进”得技术因直接经济效益不显著未能生产。故全面大幅度降低选矿成本是使正浮选技术转化为生产力的关键。本项目针对这一问题,提出了一套完整的选矿工艺。
武汉工程大学 2021-04-11
JV系列金属氧化矿浮选捕收剂及其浮选工艺
金属氧化矿浮选属世界上选矿界难题之一。本项目以氧化锑矿为突破口,研制出JV系列金属氧化矿浮选捕收剂,并依据该浮选剂为特点开发出金属氧化矿浮选工艺。
武汉工程大学 2021-04-11
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