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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
低精度ADC与混合预编码结合的毫米波传输方法及通信系统
本发明公开了低精度模数转换(ADC)与混合预编码结合的毫米波传输方法及通信系统,其中基站和用户在波束扫描阶段采用电子开关在低精度模数转换器和混合预编码模块间切换,在精确信道估计和数据传输阶段均采用混合预编码模块。具体步骤:1、波束扫描阶段基站选通混合预编码模块,将波束训练数据模拟预编码后进行波束扫描;2、用户选通低精度模数转换器模块,从接收数据中估计角度信息;3、用户选通混合预编码模块,将波束训练数据模拟预编码后进行波束扫描或向基站反馈角度信息;4、基站选通低精度模数转换器模块,从接收数据中获取角度信息;5、精确信道估计和数据传输阶段基站和用户选通混合预编码模块,进行精确信道估计和数据传输。
东南大学 2021-04-11
高性能光谱选择性吸波元件及太阳能热光伏系统
本发明公开了一种高性能光谱选择性吸波元件及太阳能热光伏系统,包括金属基底、低折射率介质第一薄膜、高折射率半导体纳米方块阵列、低折射率介质第二薄膜和低折射率介质第三薄膜;低折射率介质第一薄膜均匀覆盖在金属基底上,其上构建棋盘状周期排列的高折射率半导体纳米方块阵列,在高折射率半导体纳米方块阵列之间填充低折射率介质第二薄膜,在其顶部覆盖低折射率介质第三薄膜。本发明通过对金属表面介质薄膜的结构设计,获得良好的光谱选择性;通过选择不同的金属、半导体、介质材料,和(或)改变结构参数,实现灵活的截止波长调控及光谱选择性;本发明同样适用于耐高温的金属、半导体、介质材料,可在太阳能热光伏系统中得到广泛应用。
浙江大学 2021-04-11
一种基于卫星通信的大当量装药冲击波威力测试系统
本发明公开了一种基于卫星通信的大当量装药冲击波威力测试系统,该系统包括布设于大当量装药冲击波的测试现场,用于以测试现场的爆炸冲击波压力为触发信号采集冲击波信号的数据采集单元、用于监控数据采集单元的工作状态、完成数据采集单元的工作参数设置以及试验测试数据和采集数据的处理与显示的控制终端,以及用于将数据采集单元采集的冲击波信号发送至控制终端,并将控制终端的控制信号发送至数据采集单元的移动卫星通信终端;
北京理工大学 2021-04-10
一种用于消除水下近距离爆破冲击波的空气隔层装置
本发明提供一种用于消除水下近距离爆破冲击波的空气隔层装置,包括配重、喷气管、迷宫式气泡 通道、柔性气囊,所述迷宫式气泡通道下端与上端均开口,该迷宫式气泡通道下端固定所述喷气管、上 方连接所述柔性气囊,所述喷气管与所述配重连接,喷气管的喷气孔位于所述迷宫式气泡通道内部,所 述柔性气囊在水中产生的浮力大于所述迷宫式气泡通道在水中所受重力。本发明通过在竖直方向形成前 后错位的空气隔层,利用空气介质与周围水体介质间波阻抗的突变,能够将冲击波压力峰值衰减 90%以 上,从而保护附近水工结构物及其它被保护目标的安全,具有消能效果好、节能环保等优点。
武汉大学 2021-04-13
提高油菜波里马胞质雄性不育系制种产量和纯度的方法
研发阶段/n本发明属于利用油菜细胞质雄性不育系生产杂交F1种子的技术领域,具体涉及到利用一类不稳定型波里马细胞质雄性不育系在冬油菜产区(长江流域)秋播生产杂交F1种子的杂交制种方法。该技术的目的在于克服已有技术的不足,提供一种制种方法简单但又能提高制种产量和杂种纯度的杂交制种方法。技术水平:专利技术(国家发明专利授权号:ZL01114273.1)应用前景:该技术的发明使得过去认为没有利用价值的不稳定型波里马细胞质雄性不育系应用于油菜杂交种的生产,并提高了油菜种质资源的有效利用;用不稳定型波里马细胞质
华中农业大学 2021-01-12
一种三角波激励磁场下的磁纳米温度测量方法
本发明公开了一种三角波激励磁场下的磁纳米温度测量方法,属于纳米测试技术领域。该方法具体为:(1)将磁纳米样品放置于待测对象处;(2)在磁纳米样品所在区域施加三角波激励磁场;(3)检测三角波激励磁场-时间曲线和磁纳米粒子样品的磁化强度-时间曲线;(4)依据三角波激励磁场曲线和磁化强度曲线得到磁纳米粒子磁化曲线即激励磁场-磁化强度曲线,对该曲线采样获得激励磁场 Hi 下磁纳米粒子样品的磁化强度 Mi;(5)以激励磁场 H
华中科技大学 2021-04-14
一种直流输电系统换流站雷电侵入波采样装置及采样方法
本发明公开了一种直流输电系统换流站雷电侵入波采样装置及 采样方法,所述装置包括金属圆盘、金属支柱和采样电阻;所述金属 圆盘水平置于换流站直流母线正下方,通过金属支柱支撑;所述金属 支柱一端与金属圆盘中心相连,另一端接地;所述采样电阻设置于金 属支柱中间段;所述雷电侵入波采样方法采用本发明装置,当雷电侵 入换流站时,获取采样电阻两端电压,根据杂散电容与采样电阻两端电压获取换流站母线雷电侵入波分量。采用本发明提供的装置以及方 法能够实现对换流站雷电侵入波的在线监测,对换流站设备影响小、 结构简单、体积小
华中科技大学 2021-04-14
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