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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
双边LC网络的无线电能传输系统恒流输出的参数设置方法
本发明公开了双边LC网络的无线电能传输系统恒流输出的参数设置方法,属于无线电能传输的技术领域。该系统包括:高频全桥逆变电路、原边LC补偿网络、松耦合变压器、副边LC补偿网络、全桥整流滤波电路,通过调整原边补偿网络的LC参数使其输出负载所需的的恒流,通过调整副边补偿网络LC参数,使其同时实现电路近似零无功环流和开关器件的软开关,提高效率,减小器件应力。
东南大学 2021-04-11
一种具有声光报警、自动恢复功能的过流保护装置
1. 项目简介:本装置在电源的相线支路中采用自恢复保险电阻取代传统的熔丝管或断路器,当用电器发生短路或过流时,立即成高阻状态,起过流保护作用,故障排除后立即恢复。并伴有声光报警装置,方便实用,以其独到的设计而取得了国家实用新型专利权。2. 技术特点:独特的人性化设计克服了传统过流保护装置发生短路或过流后需人工操作恢复的缺点,能在排除故障后自行恢复并配有声光报警。3. 应用领域:可用于电源保护,家电的电路板保护,特别是学生实验室电源短路保护等。
武汉工程大学 2021-04-11
一种时空可变流场下飞行器的球面轨道编队跟踪控制方法
本发明公开一种时空可变流场下飞行器的球面轨道编队跟踪控制方法,飞行器的动态是球坐标系中表示的非完整动力学方程并且已知流场是随着时间和空间变化的,所述方法包括如下步骤:a)用弗莱纳公式表示以球坐标系下的飞行器动力学方程;b)计算球面跟踪误差、轨道跟踪误差以及横向编队误差;c)设计期望的横摆角速度、倾侧角速度以及线加速度,使得误差达到设计要求的同时保障飞行器不运动到南北极的连线;d)设计横摆角和倾侧角加速度使得实际的横摆和倾侧角速度达到期望值。此种方法简单可靠、精度较高,适应于任意已知时空可变流场中的协作监测等复杂任务。
东南大学 2021-04-11
汽液两相流升压加热与液位控制关键技术及其应用
本项目揭示了汽液两相流自升压及液位自调节机理,发明了汽液两相流升压加热及液位控制关键技术及系列产品,开发了安全高效的汽液两相升压加热和液位控制系统,并实现了产业化。
西安交通大学 2021-04-11
一种馈能式变恒流值正负脉冲快速充电装置及方法
锂离子(或铅酸)动力电池在大电流充电过程中存在着发热、充电速率低等问题。成果提供的充电方法可提高充电速率50%以上,减小了电池发热,延长了电池循环寿命。在整体上分为多个不同等级的恒流充电段,每个充电段由多个幅值逐渐减小的等效正负脉冲组成,在负脉冲阶段电池进行短暂放电还原以减小发热,且可以将放电电能存储到馈能电容中,在正脉冲到来时重新加以利用,且正脉冲幅值很高,既提高了充电速率又提高了电能的利用率。随着新能源发电储能及新能源汽车的发展,锂离子(或铅酸)动力电池的用量每年达千亿只以上,且每年以30%的速度增长,市场迫切需求一种大电流快速充电而不损害电池寿命的新的充电系统及方法,而本发明可以提升充电速率50%以上,可以有效延长电池寿命,每年创造产值可高达数亿元以上,这对于节能环保、发展低碳经济有着重要的意义,应用前景十分广阔。
青岛大学 2021-04-13
一种等离子切割电源的输出过流保护控制电路及方法
本发明公开了一种等离子切割电源的输出过流保护控制电路及 方法,输出过流保护控制电路包括:输入主功率模块、输出滤波电感、 高频模块、输出检测模块和控制模块;输出滤波电感的输入端连接至 输入主功率模块的第一输出端,高频模块的输入端连接至输入主功率 模块的第二输出端,输出检测模块的第一输入端连接至输出滤波电感 的输出端,输出检测模块的第二输入端连接至高频模块的输出端,输 出检测模块的第三输出端连接至控制模块的第一输入端,输出检测模 块的第四输出端连接至控制模块的第二输入端,控制模块的输出端连 接至输入主功
华中科技大学 2021-04-14
第一代基于WIFI无线通信控制的自动连续流系统
第一代基于WIFI无线通信控制的自动连续流系统将连续流技术与无线远程控制技术相结合,实现了手机和电脑端化学反应的远距离操控,提高了制药设备的集成化、连续化、自动化、信息化、智能化水平。与传统釜式反应相比,该连续流设备需要的设备占地面积更小;可实现实时产品质量监控;操作灵活,生产规模易于调节,能适应不断变化的供应需求;同时可以减轻一些审批后的监管任务,进一步提高药品的生产质量,降低生产成本。
哈尔滨工业大学 2021-04-14
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