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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
亥姆霍兹线圈磁场发生装置产生均匀磁场三维赫姆霍兹线圈工厂
亥姆霍兹线圈,均匀区体积大,使用空间开阔,操作简便。可实现一维、二维、三维组合磁场,可提供交、直流磁场,电流与磁场有很好的线性关系。适用于各研究所,高等院校及企业做物质磁性或检测实验,应用于材料、电子、生物、医疗、航空航天、化学、应用物理等各个学科,其主要用途:产生标准磁场;地球磁场的抵消与补偿、地磁环境模拟、磁屏蔽效果的判定、电磁干扰模拟实验、霍尔探头和各种磁强计的定标、生物磁场的研究及物质磁特性的研究。   亥姆霍兹线圈的作用是什么? 亥姆霍兹线圈通常用于产生静态直流或交流均匀磁场。 亥姆霍兹线圈通常由两个半径和匝数完全相同的平行圆形线圈组成,这两个线圈固定在一个公共轴线上,其半径等于它们之间的距离。   亥姆霍兹线圈的工作原理 当两个线圈通入方向相同的电流时,它们会产生磁场。该磁场可以用麦克斯韦方程组描述。由于亥姆霍兹线圈是对称的,因此它产生的磁场沿其轴线均匀分布。 当两个线圈通入反向电流时,磁场叠加会削弱磁场,从而出现磁场为零的区域。   亥姆霍兹线圈的应用 1. 产生标准磁场; 2. 地磁场偏移与补偿; 3. 地磁环境模拟; 4. 磁屏蔽效果判断; 5. 电磁干扰模拟实验; 6. 霍尔探头及各种磁力计的校准; 7. 生物磁场研究; 8. 物质磁性研究。
厦门盈德兴磁电科技有限公司 2026-01-05
潮流能发电装置
项目成果/简介: 轴流式潮流能发电装置是针对我国潮流能资源区潮流流速偏低的状况专门开发研制的,具有启动流速低、转换效率高等特点。机组采用半直驱变桨距控制的水平轴水轮机,利用变桨距机构,提高能量转化效率,实现最大能量捕获、低速启动和换向;水下实时监控系统实现了机组的运行状况监测和变桨距控制,同时保证了机组安全运行;基于GPRS技术实现了装置的远程数据采集与控制;机组的支撑结构采用了浮潜式载体专利技术,可通过注排水实现升沉,便于机组的拖航、移址、回收及机组的维护保养。项目阶段: 完成工程样机研发及海上示范运行阶段效益分析: 该成果在潮流能开发利用中具有广泛的推广应用前景。适用于我国潮流能资源区潮流流速偏低的状况,易于在潮流能发电规模化工程中应用,有利于产业化推进。知识产权类型:发明专利 、 软件著作权知识产权编号:ZL201510602258.3 ZL201610459673.2技术成熟度:通过中试技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无
中国海洋大学 2021-04-11
岩心压实装置
本发明涉及的是岩心压实装置,这种岩心压实装置包括框架座、柱塞式液压缸、填料管、填砂管、填砂管后托座,柱塞式液压缸水平坐落在框架座的后端,其柱塞前端设置有压实头,压实头上设置刻度线,填砂管与填料管连接且相通,填料管与压实头相对应设置,填砂管、填料管、压实头处于同一水平轴线;柱塞式液压缸后端恰好坐在框架座后支座中,柱塞式液压缸前端处于后支撑板中;框架座的前支座具有U型槽,前支撑板也具有U型槽,填料管和填砂管的两端均具有法兰,填料管一端的法兰处于框架座前支座的U型槽中,填料管另一端的法兰处于前支撑板的U型槽中,填砂管前端的法兰安装在填砂管后托座上,填砂管后端的法兰处于框架座前支座的U型槽中。本发明可实现均匀地一次性压实岩心,且填料管和填砂管不受直径的限制。
东北石油大学 2021-04-30
间歇联动码垛装置
本实用新型涉及一种间歇联动码垛装置,属于农作物收获领域;包括机架、传输装置和收集装置,传输装置和收集装置均设置在机架上,传输装置设置在挖掘装置和收集装置之间,所述传输装置包括可伸缩运输带,可伸缩运输带包括运输带和运输带伸缩机构,运输带伸缩机构包括齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、短连杆Ⅰ、短连杆Ⅱ和长连杆,齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ均设置在固定在机架后部的固定板上,齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ之间相啮合,齿轮Ⅱ设置在齿轮Ⅰ和短连杆Ⅱ之间,短连杆Ⅱ的一端与固定板连接,另一端与长连杆的一端连接,长连杆的另一端与运输带的中部连接,短连杆Ⅰ的一端与齿轮Ⅱ偏心连接,另一端与长连杆的中下部连接。其实现了农作物在收集框内自动均匀的码垛,提高了收获机的收获效率。
青岛农业大学 2021-04-11
自然风模拟装置
项目概况 该装置能够根据自然风的旋律特征,采用现代控制技术、现代仪表技术,实现手工手段产生各种自然风,使得在室内温度不够理想的情况下,人体也能得到同样的舒适感。 本项目处于国内先进水平,拥有自主知识产权。主要特点 本装置充分考虑不同用户的舒适感受,结合现有建筑特点和绿色建筑的发展趋势,理论结合实践,从碳排放、节能、舒适感、人与自然的和谐共处等方面着手,进行研究开发。 具体来说,突出以下几点。 1)注重理论模型的正确性,理论是基础。通过实验与数值模拟的手段验证理论的正确性。 2)注重理论联系实践。不拘泥于理论,而是将自然风及热舒适理论用在工程实践中。 3)注重技术与经济的结合。考虑自然风模拟装置的成本、性能、技术水平的平衡。 4)注重技术与社会的结合。考虑自然风场对建筑节能减排的意义、影响,紧密结合时代的需求和发展趋势,将技术研究探索建立在全球气候环境的大背景下进行考虑。 5)注重技术与艺术的结合。抓住风场环境与音乐环境本质上的共同点,将音乐的旋律概念引入风场技术领域。技术指标    抓住自然风的旋律特征指标、人体的舒适感评价指标以及风场的节能指标,有针对性地开发,可用于风扇、中央空调风口等。市场前景    该装置立足国际先进理论,符合低碳经济的特点,具有良好的市场前景,已有相关企业前来考察。
南京工程学院 2021-04-11
潮流能发电装置
轴流式潮流能发电装置是针对我国潮流能资源区潮流流速偏低的状况专门开发研制的,具有启动流速低、转换效率高等特点。机组采用半直驱变桨距控制的水平轴水轮机,利用变桨距机构,提高能量转化效率,实现最大能量捕获、低速启动和换向;水下实时监控系统实现了机组的运行状况监测和变桨距控制,同时保证了机组安全运行;基于GPRS技术实现了装置的远程数据采集与控制;机组的支撑结构采用了浮潜式载体专利技术,可通过注排水实现升沉,便于机组的拖航、移址、回收及机组的维护保养。
中国海洋大学 2021-05-09
心肌桥模拟装置
覆盖心脏表面冠状动脉及其主要分支上的心肌束称为心肌桥。临床研究和动物实验揭示:心肌桥在收缩期压迫壁冠状动脉并导致血流动力学特性的异常。临床病人和实验动物个体的差异使实验条件很难保持一致,研究的系统性、可靠性受到影响。研制“心肌桥模拟装置”可弥补上述研究的不足。 主要指标和参数: 该模拟装置可获得下列参数:①心率,②压力,③每搏输出量,④冠状动脉受心肌桥的压缩程度,⑤心脏收缩时刻与心肌桥施压时刻之间的时间差,⑥心脏的收缩期与舒张期的时限比例,⑦冠状动脉分支的负载,⑧心肌桥宽度。以上参数可在一定范围内调节。 研制“心肌桥模拟装置”是作为临床研究和动物实验的一种补充手段,突破了心肌桥临床研究的诸多限制,该装置的研制成功,为心肌桥的研究工作提供了有效的科研手段;更重要的是它提供了一种在生物力学理论指导下从工程领域角度来研究医学领域问题的独特的科研思路。到目前为止,国内外文献中尚未发现用类似方法进行此项研究的报道。用该装置进行的心肌桥在不同状态下的血流动力学性能测试,符合壁冠状动脉血流动力学的特征,开创了心肌桥研究的新方法。
上海理工大学 2021-04-11
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