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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
光导聚能高温相变储热零排放室内太阳炉(产品)
成果简介:利用取之不尽的太阳能实现民用炊事,是人们多年来的愿望。现虽有直接反射聚焦的太阳灶可用于烹饪方面,但它需要用户直接在阳光下操作,并需要及时跟踪太阳的运动轨迹,否则不能得到聚焦良好的光斑,由此给用户带来的极大不便,限制了此类装置的推广应用。本项目设计的光导聚能高温相变储能室内太阳炉利用经过特殊设计的光漏斗将太阳光收集并导入储能器中,将小通量的太阳光能,经累积产生高温热能,并在储能器中实现高温相变储存,储存温度大于180℃。需要炊事时将所储存的热量传递给储热体盘管内的导热介质,通过导热介质的循
北京理工大学 2021-04-14
超声波清洗器
型号:KL-040SD【变波+脱气模式】功率:240W 频率:40KHz容量:10L品牌:Kelisonic/科力超声科力超声支持定制各种双频超声波清洗机,高频超声波清洗器产品特点:Kelisonic®SD系列变波脱气多功能小型超声波清洗机通用于各种实验室电子厂,医疗器械,珠宝钟表,牙科,光学等行业应用的超声波清洗科力小型超声波清洗机配备工业型40KHz高效超声波换能器,容量从3.2L-30L多种规格可选。 
深圳市科力超声波洗净设备有限公司 2025-11-23
灌封变压器 EI30系列 支持定制 电源 电子 变压器
特点紧凑,更坚固,抗震,抗潮,抗电强度高。该产品部分型号通过VDE认证,符合RoHS要求。用途广泛用于音响、空调,程控交换机,家电产品控制电路用。 EI30 系列 
天津光电万泰克电子有限公司 2025-12-24
一种精确控制微纳尺寸相变材料非晶化率连续变化的方法
本发明公开了一种通过施加低电平脉冲实现微纳尺寸 GST 相变 材料非晶化率连续变化的控制方法,包括控制非晶化率连续单调增大 和连续单调减小的操作,通过利用两个或两个以上的连续脉冲的幅值、 宽度和间隔等三个参量综合自适应变化精确控制焦耳热产生,继而实 现 GST 相变材料晶化率的连续变化,具体包括步骤:对相变存储单元 施加具有一定参量的两个或两个以上的连续脉冲;在连续脉冲的作用 下,相变材料获得一定的热量,使部分相变材
华中科技大学 2021-04-14
一种用于排汗和降温防护服的相变微胶囊面料及运行方法
本发明涉及人体防护服降温领域,具体涉及一种基于相变微胶囊的降温织物。所述降温织物包括聚酯纤维层、相变微胶囊层和PTFE防水透气膜层。聚酯纤维层采用亲肤聚酯纤维,具有优异的吸湿排汗性能,可提高穿着舒适性;相变微胶囊层由包覆相变材料的微胶囊均匀嵌入纺织结构中,在环境温度升高时吸收热量并发生相变,降低织物温度;PTFE防水透气膜层具备防水透气功能,可防止外部液体渗透的同时允许水蒸气透过,增强环境适应性。通过优化相变微胶囊的纺织方法,可使织物在保持透气性的同时提高相变换热效率,确保织物在高温中的降温性能。本发明可广泛应用于高温作业服、户外运动服及智能温控纺织品,具有温度调节能力强、舒适透气等优点。
南京工业大学 2021-01-12
一种基于云存储环境的连续数据保护的缓存方法
本发明公开了一种基于云存储环境的连续数据保护的缓存代理 端的设计方案,包括:缓存代理端将根据客户端的操作请求进行相关 处理。如果是用户的登录请求,缓存代理端则会判断用户是否存在, 如果用户不存在,则为该用户创建元数据记录文件、数据记录文件、 时间记录文件和数据映射表,然后进行同步,创建被保护磁盘分区的 初始镜像文件;如果存在,继续等待客户端的操作请求。如果是备份 请求,缓存代理端则会构造对应的元数据并记录到对应的元数
华中科技大学 2021-04-14
一种安全云存储系统中的密钥管理分发方法
本发明公开了一种安全云存储系统中的密钥管理分发方法,属 于计算机存储技术和信息安全技术领域,解决现有密钥管理分发方法 在用户动态加入和退出系统时开销较大的问题。本发明包括客户端进 程和服务端进程,客户端使用广播加密算法为每个用户生成公钥,用 户请求文件时使用公钥通过广播加密分发文件密钥;本发明对当前公 钥进行扩展,通过保留初始产生公钥时所使用的部分私有参数,当用 户加入或撤离系统时使用保留的私有参数产生新的公钥加密数
华中科技大学 2021-04-14
一种按数据属性分类存放的混合存储方法及系统
本发明公开了一种按数据属性分类存放的混合存储方法及系统。 考虑到元数据在文件系统中所占空间小、访问频繁等特点,构建了一 种由硬盘驱动器和固态硬盘组成的混合架构,将文件系统中的数据按 数据属性分为数据和元数据,将数据存放在由 HDD 组成的 RAID5 中, 将元数据存放在由 SSD 组成的 RAID1 中,以达到将文件系统中的数 据和元数据分类存放到不同介质、不同阵列级别的设备的目的,提升 文件系统 I/O 性能和可
华中科技大学 2021-04-14
一种安全云存储系统的分层密钥管理方法
本发明公开了一种安全云存储系统的分层密钥管理方法。通过 构建二叉 Trie 密钥管理树和基于此树的密钥推导机制完成对非对称密 钥和对称密钥的高效组织管理,降低了数据拥有者管理密钥的复杂度, 提高了数据的安全性。通过引入满足多跳性的 ElGamal 代理重加密机 制完成密钥的更新,将访问策略变更引发的密钥重加密部分负担转移 到 CSP;利用延迟更新策略将数据的重加密开销转移到被共享用户端, 降低了数据拥有者的处理开销,
华中科技大学 2021-04-14
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