專(zhuān)利名稱(chēng)：神經(jīng)元器件和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件，具體地涉及可以實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元功能的電子器件及其構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通常是利用二進(jìn)制邏輯實(shí)現(xiàn)信息處理和存儲(chǔ)功能，而且信息處理 (或計(jì)算)和存儲(chǔ)在不同的器件或功能模塊中分別實(shí)現(xiàn)的，其運(yùn)算過(guò)程通常是一步接一步的串行過(guò)程。利用模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)功能可以得到更高的效率，是未來(lái)信息科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向。這種類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理功能的前提是實(shí)現(xiàn)類(lèi)神經(jīng)細(xì)胞單元功能，包括記憶、開(kāi)關(guān)切換、適應(yīng)學(xué)習(xí)和高等計(jì)算等功能的器件和電路。常規(guī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成電路包括多個(gè)神經(jīng)元形成的矩陣，每一個(gè)神經(jīng)元包括至少一個(gè)輸入線(xiàn)(對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)突觸和樹(shù)突)、一個(gè)運(yùn)算放大器(對(duì)應(yīng)于一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞)、以及一個(gè)輸出線(xiàn)(對(duì)應(yīng)于一個(gè)軸突)。經(jīng)由至少一個(gè)輸入線(xiàn)輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)權(quán)重后，在運(yùn)算放大器中相加，并在其和超過(guò)預(yù)定值時(shí)，經(jīng)由輸出線(xiàn)輸出信號(hào)。在輸入線(xiàn)中包括固定電阻或可變電阻作為權(quán)重部分。例如，美國(guó)專(zhuān)利US542^82公開(kāi)了一種以二氧化硅膜構(gòu)成的可變電阻作為神經(jīng)元的突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，美國(guó)專(zhuān)利US5296835公開(kāi)了一種以硫?qū)倩飿?gòu)成的可變電阻作為權(quán)重部分的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在以上兩篇文獻(xiàn)中提到的基于可變電阻的神經(jīng)元都是通過(guò)改變外加電壓的大小， 控制調(diào)節(jié)器件的電阻值，從而實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的適應(yīng)性學(xué)習(xí)功能，而神經(jīng)元的邏輯運(yùn)算功能卻難以實(shí)現(xiàn)。因此，在現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，固定電阻或可變電阻僅僅作為神經(jīng)元的一部分，也即僅僅起到權(quán)重的作用。每一個(gè)神經(jīng)元還需要包括獨(dú)立的、用于將權(quán)重后的信號(hào)相加的運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器必須由復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)構(gòu)成。由于需要包括獨(dú)立的可變電阻(作為權(quán)重部分)和獨(dú)立的運(yùn)算放大器，現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在著速度低、功耗高、集成度低的問(wèn)題。因此，期望進(jìn)一步提高神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的速度，降低其操作電壓和電流，減小其芯片占用面積，需要尋找合適的神經(jīng)元器件，從而簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)、提高集成度和降低制造成本，這在當(dāng)前仍然是一個(gè)具有很大挑戰(zhàn)性的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的神經(jīng)元器件及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種神經(jīng)元器件，包括底電極層、頂電極層、以及夾在底電極層和頂電極層之間的阻變材料層，其中，神經(jīng)元器件在施加恢復(fù)脈沖時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，而在施加刺激脈沖時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榕d奮態(tài)。神經(jīng)元器件具有對(duì)刺激脈沖的幅度、寬度及個(gè)數(shù)的綜合響應(yīng)，提供權(quán)重部分和運(yùn)算部分的功能。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括相互電連接的多個(gè)上述神經(jīng)元器件。本發(fā)明利用阻變材料實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的生物功能，從而為高等的認(rèn)知計(jì)算提供了基石出。一方面，神經(jīng)元器件響應(yīng)外加電壓的幅度和寬度的變化而改變電阻態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)刺激信號(hào)的權(quán)重功能。另一方面，神經(jīng)元器件還響應(yīng)外加脈沖個(gè)數(shù)的改變而改變電阻值，從而實(shí)現(xiàn)基本的運(yùn)算功能(如加法，除法)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是僅通過(guò)一個(gè)器件就可以實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的全部功能，而不需要形成獨(dú)立的權(quán)重部分和運(yùn)算部分。該神經(jīng)元器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成，并且與傳統(tǒng)硅基CMOS工藝兼容，非常適合大規(guī)模生產(chǎn)。同時(shí)，該神經(jīng)元器件采用的阻變材料具有高速度(ns量級(jí))、低操作電壓(幾伏) 等優(yōu)點(diǎn)，從而符合未來(lái)高性能器件的要求。并且，該神經(jīng)元器件具有對(duì)外界不同刺激的興奮響應(yīng)和傳遞、開(kāi)關(guān)切換、認(rèn)知學(xué)習(xí)、記憶等功能，因而可以實(shí)現(xiàn)多種生物功能和復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)元器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2示出了在施加刺激脈沖時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)元器件的電阻值與脈沖個(gè)數(shù)的關(guān)系，其中神經(jīng)元器件從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕d奮態(tài)。圖3示出了在施加不同幅度的刺激脈沖時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)元器件的電阻值與脈沖幅度的關(guān)系，其中神經(jīng)元器件從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕d奮態(tài)。圖4示出了在施加不同幅度和寬度的刺激脈沖時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)元器件的電阻值與脈沖個(gè)數(shù)的關(guān)系，其中神經(jīng)元器件從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕d奮態(tài)。圖5示出了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化示意圖，包括四個(gè)神經(jīng)元。
具體實(shí)施例方式已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些氧化物材料的阻變特性(以下稱(chēng)為“阻變材料”)。阻變材料一般是金屬氧化物，包括選自 Hf02、NiO、TiO2, ZrO2, ZnO, WO3> Ta2O5, A1203、MoOx, CeOx, La2O3 及其任意組合構(gòu)成的組中的一種材料。阻變材料可以表現(xiàn)出多個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。金屬氧化物的阻變現(xiàn)象，是由其內(nèi)部存在的細(xì)絲形導(dǎo)電通道的連通和斷開(kāi)導(dǎo)致的。導(dǎo)電通道是由氧缺陷排列而成。在外加電壓的作用下，氧化物內(nèi)部生成新的氧缺陷，從而導(dǎo)致了器件從高阻態(tài)到低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變。利用上述金屬氧化物的阻變現(xiàn)象，可以制造氧化物阻變器件。按照單極或雙極方式對(duì)氧化物阻變器件進(jìn)行操作。前者在器件兩端施加單一極性的電壓，利用施加電壓大小不同控制阻變材料的電阻值在高低阻態(tài)之間轉(zhuǎn)換；而后者是利用施加相反極性的電壓控制阻變材料電阻值的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在對(duì)氧化物阻變器件進(jìn)行操作時(shí)，如果施加比正常的轉(zhuǎn)變電壓略小且更快速的脈沖，則氧化物阻變器件的電阻值開(kāi)始只會(huì)發(fā)生小幅的降低。當(dāng)連續(xù)施加相同的脈沖時(shí)，其電阻值會(huì)逐漸降低。然而，當(dāng)施加的脈沖數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)，將會(huì)發(fā)生一次電阻值的突然減小，這時(shí)器件將會(huì)處于低阻態(tài)。這一過(guò)程與神經(jīng)元的工作方式非常相似。神經(jīng)元在受到外界的刺激時(shí)會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)，當(dāng)刺激達(dá)到一定的程度時(shí)，神經(jīng)元會(huì)產(chǎn)生興奮，并將興奮傳遞到下一個(gè)神經(jīng)元。此外，還可以將這一過(guò)程看成是神經(jīng)元的運(yùn)算功能。每施加一次脈沖就相當(dāng)于一次加一的操作，器件的阻值會(huì)相應(yīng)的降低。根據(jù)器件最終狀態(tài)的阻值就可以得到已經(jīng)施加的脈沖個(gè)數(shù)。因此通過(guò)多個(gè)輸入端輸入信號(hào)后，器件可以將這些信號(hào)相加后輸入，從而實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的運(yùn)算功能?；谝陨险J(rèn)識(shí)，本發(fā)明人提出新型的神經(jīng)元器件，其中利用阻變材料模擬一個(gè)神經(jīng)元中的權(quán)重部分和/或運(yùn)算部分。電壓脈沖作為外界的刺激信號(hào)，阻變材料對(duì)電壓脈沖的幅度和寬度的響應(yīng)相當(dāng)于神經(jīng)元的權(quán)重部分的功能，阻變材料對(duì)電壓脈沖的個(gè)數(shù)的響應(yīng)相當(dāng)于神經(jīng)元的運(yùn)算部分的功能。因此，阻變材料的電阻值的變化表示對(duì)電壓脈沖的幅度、寬度和個(gè)數(shù)的綜合響應(yīng)，即一個(gè)完整的神經(jīng)元對(duì)刺激的響應(yīng)。該神經(jīng)元器件的低阻態(tài)對(duì)應(yīng)于神經(jīng)元在刺激下的興奮狀態(tài)，電導(dǎo)非常高，可以將電壓信號(hào)傳遞給相鄰的神經(jīng)元器件，這就構(gòu)成神經(jīng)元興奮的傳遞。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)元器件的結(jié)構(gòu)示意圖。神經(jīng)元器件10包括底電極層11、頂電極層13以及夾在二者之間的阻變材料層12。如下文將描述的那樣，該神經(jīng)元器件10提供加權(quán)部分和運(yùn)算放大器的功能，興奮從頂電極層13向底電極層11傳遞?？梢园凑找韵碌牟襟E制備神經(jīng)元器件10 在硅片的襯底(未示出)上物理氣相淀積(PVD) —層金屬，如鉬(Pt)，厚度為 5-lOOnm，作為底電極層11 ；通過(guò)PVD或者原子層淀積(ALD)，在底電極層11上形成一層金屬氧化物，如氧化鉿 (HfO2)，厚度5-30nm，作為阻變材料層12 ；通過(guò)離子注入的方法向阻變材料層12中注入雜質(zhì)元素，如釓(Gd)，以增加缺陷， 使轉(zhuǎn)變更穩(wěn)定，濃度為0.1-10% ；通過(guò)PVD，在阻變材料層12上形成一層金屬或者其它導(dǎo)電材料，如氮化鈦(TiN)。例如，最終形成的神經(jīng)元器件10為Pt/Hf02/TiN三層結(jié)構(gòu)。采用類(lèi)似的工藝，還可以形成其他的三層結(jié)構(gòu)的神經(jīng)元器件10，其中的阻變材料層 12 可以由選自 HfO2, NiO、TiO2, ZrO2, ZnO、WO3> Ta2O5, A1203、MoOx、CeOx、La2O3 及其任意組合構(gòu)成的組中的一種材料構(gòu)成，底電極層11和頂電極層12可以由任何合適的導(dǎo)電材料構(gòu)成。圖2示出了在施加刺激脈沖時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)元器件的電阻值與脈沖個(gè)數(shù)的關(guān)系，其中神經(jīng)元器件從高阻態(tài)(正常態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)(興奮態(tài))。該神經(jīng)元器件具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)，并且刺激脈沖為正向脈沖。典型地，刺激脈沖的幅度在1-10V的范圍內(nèi)， 寬度在Ins-I μ S范圍內(nèi)。在本申請(qǐng)中，正向脈沖指的是沿著神經(jīng)元興奮的傳遞方向的電壓降(即圖1中的從頂電極13至底電極11之間的電壓降)始終為正值，而負(fù)向脈沖指的是沿著神經(jīng)元興奮的傳遞方向的電壓降(即圖1中的從頂電極13至底電極11之間的電壓降)始終為負(fù)值。
5
應(yīng)當(dāng)注意，該神經(jīng)元器件10是無(wú)極性的，如果圖1中的神經(jīng)元興奮的傳遞方向反向，則正向脈沖指的是從底電極11至頂電極13的電壓降始終為正值，而負(fù)向脈沖指的是從底電極11至頂電極13的電壓降始終為正值，仍然可以獲得類(lèi)似的結(jié)果。此外，在圖2以及隨后的圖3至5中的曲線(xiàn)均是采用方波脈沖來(lái)獲得的。然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)脈沖的波形都可以獲得類(lèi)似的曲線(xiàn)。如果調(diào)整不同波形的脈沖的幅度和寬度，就可以獲得相同的曲線(xiàn)。為了獲得圖2的曲線(xiàn)，先向神經(jīng)元器件10施加恢復(fù)脈沖，該恢復(fù)脈沖\eset是幅度大于恢復(fù)閾值Vth的負(fù)向的脈沖電壓，將神經(jīng)元器件10設(shè)置為高阻態(tài)(正常態(tài))。 對(duì)于該實(shí)例中的神經(jīng)元器件10，恢復(fù)閾值Vth reset約為2. 2V。神經(jīng)元器件10的正常態(tài)的初始電阻值為2 X IO5 Ω。然后，施加刺激脈沖Vpulse，該刺激脈沖為幅度大于刺激閾值Vth set的正向的電壓脈沖，測(cè)量神經(jīng)元器件10的電阻值隨脈沖個(gè)數(shù)的變化。刺激閾值Vth srt大于恢復(fù)閾值Vth Msrt。 對(duì)于該實(shí)例中的神經(jīng)元器件10，恢復(fù)閾值Vth 約為2. 5V。如圖2所示，對(duì)于脈沖幅度為 5V、寬度為 8ns的刺激脈沖，在大約5個(gè)脈沖處， 電阻值突然減小(相對(duì)于初始的高阻態(tài)，電阻值下降大約3個(gè)數(shù)量級(jí))，從而達(dá)到興奮態(tài)。 可見(jiàn)，該神經(jīng)元器件對(duì)脈沖數(shù)量的響應(yīng)，使得脈沖數(shù)量成為外界的刺激源。因此，神經(jīng)元器件10具有對(duì)刺激脈沖的數(shù)量的響應(yīng)，提供運(yùn)算部分的功能。圖3示出了在施加不同幅度的刺激脈沖Vpulse時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)元器件的電阻值與脈沖幅度的關(guān)系，其中神經(jīng)元器件從高阻態(tài)(正常態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)(興奮態(tài))。為了獲得圖3的曲線(xiàn)，先施加恢復(fù)脈沖，將神經(jīng)元器件10設(shè)置為高阻態(tài)(正常態(tài))。然后，施加一個(gè)刺激脈沖Vpulse,測(cè)量神經(jīng)元器件10的電阻值，該刺激脈沖Vpulse的脈沖寬度比圖2中的設(shè)定略大，范圍在lOns-ΙΟμ S。然后，重復(fù)施加恢復(fù)脈沖Vreset和刺激脈沖Vpulse的步驟，其中改變刺激脈沖Vpulse的幅度，測(cè)量神經(jīng)元器件10在不同幅度的刺激脈沖作用下的電阻值。最終，可以獲得神經(jīng)元器件10的電阻值隨脈沖幅度的變化。如圖3所示，該神經(jīng)元器件的電阻值變化與脈沖幅度相關(guān)。對(duì)于脈沖寬度為 500ns的正向的電壓脈沖，在大約4V處，電阻值突然降低(相對(duì)于初始的高阻態(tài)，電阻值升高大約2個(gè)數(shù)量級(jí))。也即，該神經(jīng)元器件對(duì)脈沖幅度的響應(yīng)，使得脈沖幅度成為外界的刺激源。通過(guò)施加不同幅度的電壓可以將神經(jīng)元器件轉(zhuǎn)變到不同的電阻值。這一過(guò)程對(duì)應(yīng)了神經(jīng)細(xì)胞認(rèn)知學(xué)習(xí)的過(guò)程。人工神經(jīng)元的任何狀態(tài)都可以通過(guò)反向脈沖電壓的刺激直接學(xué)習(xí)。因此，神經(jīng)元器件10具有對(duì)刺激脈沖的幅度的響應(yīng)，提供權(quán)重部分的功能。圖4示出了在施加不同幅度和寬度的刺激脈沖Vpulse時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)元器件的電阻值與脈沖個(gè)數(shù)的關(guān)系，其中神經(jīng)元器件從高阻態(tài)(正常態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)(興奮態(tài))。為了獲得圖4的曲線(xiàn)，先施加恢復(fù)脈沖V_et，將神經(jīng)元器件10設(shè)置為高阻態(tài)(正常態(tài))。然后，施加特定幅度和寬度的刺激脈沖Vpul…測(cè)量神經(jīng)元器件10的電阻值隨脈沖個(gè)數(shù)的變化。然后，重復(fù)施加恢復(fù)脈沖\eset和刺激脈沖Vpulse的步驟，其中改變刺激脈沖Vpulse 的幅度和寬度，測(cè)量神經(jīng)元器件10在不同幅度和寬度的刺激脈沖作用下的電阻值隨脈沖個(gè)數(shù)的變化。最終，可以獲得在不同幅度和寬度的刺激脈沖作用下的多條神經(jīng)元器件10的電阻值與脈沖個(gè)數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)。不同的脈沖幅度和寬度導(dǎo)致器件從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)所需要的脈沖數(shù)量不同， 即產(chǎn)生興奮所需要的脈沖數(shù)量也就不同。通過(guò)控制脈沖電壓的幅度和寬度，可以控制神經(jīng)元器件10的電阻值。也即，該神經(jīng)元器件對(duì)脈沖幅度的響應(yīng)，使得脈沖數(shù)量成為外界的刺激源。因此，神經(jīng)元器件10具有對(duì)刺激脈沖的幅度、寬度及個(gè)數(shù)的綜合響應(yīng)，提供權(quán)重部分和運(yùn)算部分的功能。以上特性表明，本發(fā)明中提出的神經(jīng)元器件10的電阻態(tài)既可以通過(guò)脈沖的幅度和寬度控制，又可以通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)控制，因此該器件可以同時(shí)提供神經(jīng)元的權(quán)重部分和運(yùn)算部分的功能。在實(shí)現(xiàn)權(quán)重功能時(shí)，利用其電阻與脈沖電壓大小的關(guān)系，通過(guò)類(lèi)似美國(guó)專(zhuān)利US542^82的方法，在輸入端輸入電壓信號(hào)，當(dāng)電壓超過(guò)一定的閾值時(shí)，可變電阻的阻值會(huì)相應(yīng)的變低，從而使電壓信號(hào)傳遞到后面的神經(jīng)元中。在實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能時(shí)，利用其電阻與脈沖電壓個(gè)數(shù)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。圖5示出了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的示意圖，包括分別四個(gè)神經(jīng)元器件a_d，其中用箭頭示出了興奮的傳遞方向以及四個(gè)神經(jīng)元器件的電連接關(guān)系。刺激脈沖作用在前一級(jí)的神經(jīng)元器件a-c中任一個(gè)或多個(gè)上。經(jīng)過(guò)對(duì)脈沖幅度的加權(quán)和對(duì)脈沖個(gè)數(shù)的運(yùn)算，在刺激達(dá)到一定程序時(shí)，相應(yīng)的神經(jīng)元器件a-c就進(jìn)入興奮態(tài)， 使得刺激脈沖可以傳遞到下一級(jí)的神經(jīng)元器件d上。神經(jīng)元器件d對(duì)接收到的刺激脈沖的總和進(jìn)行響應(yīng)，發(fā)生類(lèi)似的刺激響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)興奮的傳遞。以上描述只是為了示例說(shuō)明和描述本發(fā)明，而非意圖窮舉和限制本發(fā)明。因此，本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯可知的變型或更改，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種神經(jīng)元器件，包括底電極層、頂電極層、以及夾在底電極層和頂電極層之間的阻變材料層，其中，神經(jīng)元器件在施加恢復(fù)脈沖時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，而在施加刺激脈沖時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榕d奮態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)元器件，其中，神經(jīng)元器件具有對(duì)刺激脈沖的幅度、寬度及個(gè)數(shù)的綜合響應(yīng)，提供權(quán)重部分和運(yùn)算部分的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)元器件，其中，恢復(fù)脈沖是幅度大于恢復(fù)閾值Vthresrt的負(fù)向的脈沖電壓，刺激脈沖是幅度大于刺激閾值Vth set的正向的脈沖電壓，正向的脈沖電壓表示沿著神經(jīng)元興奮的傳遞方向的電壓降始終為正值，而負(fù)向的脈沖電壓表示沿著神經(jīng)元興奮的傳遞方向的電壓降始終為負(fù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)元器件，其中，神經(jīng)元器件的正常態(tài)為高阻態(tài)，神經(jīng)元器件的興奮態(tài)為低阻態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)元器件，其中阻變材料層由選自Hf02、NiO,TiO2, ZrO2, ZnO, WO3> Ta2O5, A1203、MoOx, CeOx, La2O3及其任意組合構(gòu)成的組中的一種材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)元器件，其中底電極層和頂電極層由任意相同或不同的導(dǎo)電材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)元器件，其中恢復(fù)脈沖的波形為方波、三角波、正弦波中的任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)元器件，其中刺激脈沖的波形為方波、三角波、正弦波中的任意一種。
9.一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括相互電連接的多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的神經(jīng)元器件。
全文摘要
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N神經(jīng)元器件及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)元器件包括底電極層、頂電極層、以及夾在底電極層和頂電極層之間的阻變材料層，其中，神經(jīng)元器件在施加恢復(fù)脈沖時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，而在施加刺激脈沖時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榕d奮態(tài)。神經(jīng)元器件具有對(duì)刺激脈沖的幅度、寬度及個(gè)數(shù)的綜合響應(yīng)，提供權(quán)重部分和運(yùn)算部分的功能。該神經(jīng)元器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成，并且與傳統(tǒng)硅基CMOS工藝兼容，非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)多種生物功能和復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。
文檔編號(hào)G06N3/063GK102456157SQ20101051999
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者劉力鋒, 劉曉彥, 康晉鋒, 張飛飛, 陳冰, 陳沅沙, 韓汝琦, 高濱 申請(qǐng)人:北京大學(xué)