氧化物神经元器件及其神经网络应用

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计算采用数据处理与存储一体架构,有望为开发低能耗、高算力的新型人工智能技术提供重要的硬件基础。人工神经元和人工突触作为神经形态计算系统的核心组成部分,是当前研究的前沿和热点。本文聚焦氧化物人工神经元,从神经元数学模型出发,重点介绍了基于氧化物电子器件的霍奇金–赫胥黎神经元、泄漏–累积–发射神经元和振荡神经元的最新研究进展,系统分析了器件结构、工作机制对神经元功能模拟的影响规律。进一步,根据不同尖峰发射动态行为,阐述了基于氧化物神经元硬件的脉冲神经网络和振荡神经网络的研究进展。最后,讨论了氧化物神经元在器件、阵列、神经网络等层面面临的挑战,并展望了其在神经形态计算等领域的发展前景。

面向类脑计算的氧化物忆阻器

类脑神经形态计算通过电子或光子器件集成来模拟人脑结构和功能。人工突触是类脑系统中数量最多的计算单元。忆阻器可模拟突触功能,并具有优异的尺寸缩放性和低能耗,是实现人工突触的理想元器件。利用欧姆定律和基尔霍夫定律,忆阻器交叉阵列可执行并行的原位乘累加运算,从而大幅提升类脑系统处理模拟信号的速度。氧化物制备容易,和CMOS工艺兼容性强,是使用最广泛的忆阻器材料。本文梳理了氧化物忆阻器的研究进展,分别讨论了电控、光电混合调控和全光控忆阻器,主要聚焦阻变机理、器件结构和性能。电控忆阻器工作一般会产生微结构变化和焦耳热,将严重影响器件稳定性,改进器件结构和材料成分可有效改善器件性能。利用光信号调控忆阻器电导,不仅能降低能耗,而且可避免产生微结构变化和焦耳热,从而有望解决稳定性难题。此外,光控忆阻器能直接感受光刺激,单器件即可实现感/存/算功能,可用于研发新型视觉传感器。因此,全光控忆阻器的实现为忆阻器的研究和应用打开了一扇新窗口。

GaN纳米棒的制备及机理研究

本文分别用三甲基镓和高纯蓝氨作为Ga源和N源,Ni(NO3)2作为催化剂,在Si(111)衬底上制得针尖状GaN纳米棒。测试结果表明制备的GaN纳米棒是沿<100>方向生长的纯六方相结构。通过对生长过程的分析,我们认为GaN纳米棒的生长过程不仅受到VLS机制的控制,而是多种生长方式共同作用的结果。在反应的初期,GaN纳米棒的生长遵从VLS机制;但是随着GaN纳米棒轴向和径向的生长,GaN纳米结构中纳米棒端部的Ni催化剂纳米球会被"挤"出顶部,在较大的气流流速下被吹落至衬底上,失去催化剂诱导作用的纳米棒随后自行外延生长;而吹落至衬底上的Ni催化剂纳米球成为第二次生长有利的形核位置,且再次生长出粗短的纳米棒。因此不同生长机制得到的GaN纳米棒交织在一起,形成了最终的GaN纳米结构。

AlN缓冲层对提高硅基GaN薄膜质量的作用机理及其研究进展

AlN作为中间层可以有效提高硅基GaN的晶体质量。本文对于AlN作为形核层和插入层提高GaN晶体质量的机理进行分析和总结,并给出AlN的最佳生长条件。

SiN_x:H膜沉积压强与扩散薄层电阻的匹配性研究

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在多晶硅片上生长Si N_X:H膜,研究了不同沉积压强与Si N_X:H膜折射率和钝化效果的关系。在沉积压强为1.4Torr时,Si N_X:H膜的折射率和钝化效果均达到理想的范围。对于扩散层电阻为80Ω/□、Si N_X:H膜的厚度为(83±2)nm、折射率在2.03时,制得的太阳电池开路电压和短路电流最高,电池效率达到17.8%。

面向应用型本科院校的半导体器件及工艺教学改革研究

从课程定位和课程体系出发,结合应用型本科院校的学生特点,针对半导体物理课程教学中存在的主要问题,提出了修订教学大纲及选择合适的教材,优化整合教学内容,丰富教学手段,加实验教学等有效教学改革方法,以激发学生兴趣,达到了较好的教学效果。

电子科学与技术专业“项目导向”的案例化教学模式改革研究

本研究从培养动手能力强,符合企业岗位需求的人才出发,确定毕业生能力要求指标点,形成课程矩阵。提出了以光电子技术和系统设计为导向的任务驱动型专业培养方案及教学模式,使课程之间达到内在的统一,体现知识与能力相结合、理论与实践相结合教学理念。通过该项目的实施,在提高电科专业技术人才的培养质量与就业前景的同时,也有助于形成电子科学与技术专业的专业特色。

信号与系统课程中语音信号应用的教学案例研究

采样定理是信号与系统课程中信号的频域分析部分非常重要的内容。本文将语音信号处理引入到信号与系统的课堂教学中,使学生对采样定理有一个形象化的认识,并能够引申到日常生活的相关现象上。教学效果表明,通过语音信号的形象化演示,学生对采样定理有了非常真切的理解。

溅射压强对直流磁控溅射制备ZnO:Ga透明导电薄膜特性的影响

通过直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备了掺镓ZnO(ZnO:Ga)透明导电薄膜,研究了溅射压强对ZnO:Ga透明导电薄膜结构、形貌和电光学性能的影响.X射线衍射结果表明,所制备的ZnO:Ga薄膜具有C轴择优取向的六角多晶结构.SEM测试表明,ZnO:Ga薄膜的形貌强烈依赖于沉积压强的变化.沉积的ZnO:Ga薄膜最低电阻率可达4.48×10-4Ω·cm,在可见光范围内平均透射率超过90%.

信号与系统课程中有关离散傅里叶级数问题的研究

信号与系统课程是一门专业基础课,电信、自动化、网络等专业的本科生在大二的时候都要学习这门课程.本文就其中相关离散傅里叶级数问题进行研究,以图文结合的形式对离散傅里叶级数的时域信号和频域信号的对应关系做了详细分析.

基于误差扩散的半色调图像隐藏算法

数字半色调处理是将连续色调图像转换成二值图像的一个重要过程。使用有限色彩的打印机打印灰度图像或彩色图像时,该处理过程是必须的。文章的主要贡献是提出一种基于数字半色调处理的图像隐藏算法,该算法将1幅二值图像隐藏到其他2幅二值图像中。实验结果显示,文章提出的算法可以很好地隐藏和再现秘密图像,因此,该算法既可应用于水印技术,也可应用于娱乐目的。

基于PBL模式的光电子技术实验课程教学研究

针对当今社会对创新意识、合作精神、问题解决能力等应用型人才的渴求和日趋重视,本文把学习设置到复杂的有意义的实际问题情景中的PBL教学模式引入到光电子技术实验课程的实施中,最大可能地挖掘学生的自主学习潜能,让学生将分散、不易理解的知识点与工程实际相结合,进而培养学生的工程应用能力,通过大胆尝试,效果良好。

应用型本科院校光电子专业培养方案创新研究

笔者从"专业对接产业"的视角出发,针对目前应用型本科院校光电子专业人才培养与行业需求脱钩,培养方案缺乏特色的现状,走访了浙江省的光电子行业,提出了以产业链下游的光电子器件和系统集成领域为专业的对接点,确定专业培养的核心知识与核心能力,进行光电子专业培养方案的改革和创新策略,即在课程体系、实践课程、教学管理与考核、师资队伍建设及实践场所建设等方面进行改革。

氧化锌微米棒的微观生长过程

利用物理热蒸发方法在光滑的(111)硅衬底上生长氧化锌微米棒,生长温度为700℃。在硅衬底的不同区域由于生长环境不同,生成物的形貌也不相同。利用扫描电镜图可以很直观地推测出一个完整的氧化锌微米棒生长过程。透射电镜图片显示了纳米棒与微米棒之间完美的外延关系。

基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和发展

高灵敏度的单粒子检测技术是纳米粒子在生物医学、化学、光电子等领域应用的前提条件。常见的单粒子检测技术主要包括基于粒子的荧光、拉曼、散射和吸收等信号而发展起来的光学显微成像及光谱技术。其中,拉曼光谱和荧光光谱技术主要适用于一些具有拉曼活性的分子/粒子或可发光的荧光分子或粒子,然而即使对于荧光效率高的有机染料分子和半导体纳米粒子,固有的光漂白和blinking现象也对单粒子探测形成了挑战。散射光谱测量是应用于单粒子检测的另外一种方法,从理论上讲,由于瑞利散射随着尺寸的减小而呈六次方减弱的趋势,在细胞或生物组织内,小尺寸粒子的散射信号很难从背景散射噪声中分离出来。众所周知,介质吸收激发光后会引起介质内的折射率变化,进而在光加热区附近出现折射率的梯度分布,称为光热效应(photothermal effect)。基于粒子光热效应的光学显微成像和光谱测量技术具有信号灵敏度高、无背景散射、原位和免标记等优点,在单粒子检测领域展现了良好的应用潜力。综述了近年来基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和研究发展,首先介绍了光热效应的测量原理;接着分别讨论了光热透镜测量技术、微分干涉相差测量技术和光热外差测量技术的实验装置,比较了各种测量技术的信噪比、灵敏度、分辨率等特点,并且介绍这些测量技术在单粒子检测中的应用研究进展;接着,论述了近年来研究人员在提高光热显微测量的信噪比、改善动态测量性能以及在红外波段拓展等方面的最新研究成果;最后,简单总结了光热测量技术在单粒子检测领域所面临的挑战。

石墨烯光电探测器的研究进展

石墨烯应用在超快、超宽谱、长寿命光电探测器方面极具潜力。首先分析了石墨烯增强光电探测器超高速的机理;其次,从提高探测响应度的各类纳米结构角度分别综述了光电探测器国内外最新研究进展;最后,介绍了石墨烯光电探测器的应用波段。

金属纳米结构增强荧光的研究进展

金属表面等离子体(surface plasmon)是金属与介质界面处传播的电荷振荡密度波。当振荡频率与激发光频率相匹配时将产生金属表面等离子体共振,从而能够在金属结构附近产生强烈的消光和近场增强效应,该效应在表面等离子共振成像、表面等离子体波导、生物传感、光谱增强等方面有着重要的应用前景。本文综述了金属结构的表面等离子共振效应在增强荧光光谱方面的研究进展。论文首先介绍了金属表面等离子体增强荧光的机理以及影响荧光增强效果的因素;其次,从用于荧光增强的各类金属纳米结构的角度分别综述了荧光增强研究的最新进展;最后,介绍了荧光增强在食品检测、环境监测、光学成像、光电器件、荧光上转换等领域的最新应用情况。

忆阻器在人工神经网络方面的研究应用

忆阻器是一种具有类似突触特性、记忆特性的新型非线性器件,它具有无源性,低耗能,记忆特性以及纳米尺度等特点,因此常用于构建结构简单、权值灵活可调、集成度高的人工神经网络。而人工神经网络是现代信息处理和智能控制领域的一个重要方法,将忆阻器应用于人工神经网络方面将会加速实现人工智能时代的到来。此方面的研究有许多,比如忆阻器实现神经元电路的研究,忆阻器的智能PID控制器等,本文列举概括了忆阻器在人工神经网络方面的研究应用。

石墨烯增敏的光纤表面等离子共振传感器优化设计

基于多层膜矩阵理论,系统研究了包层半径、镀层厚度、石墨烯层数和外界环境折射率多个结构设计参数对光纤表面等离子共振光谱特性的影响机制。模拟结果证明:石墨烯层确实能增强折射率传感灵敏度,且置于多模光纤和金膜之间效果更好;随着石墨烯层数的增加,共振波长右移;在其它相关参数限定后,光纤包层半径越小,折射率传感灵敏度越高;随着金膜厚度增大,共振波长增大,透射光强反而减小;外界环境折射率增大,共振谱中心波长线性右漂,光强增强。

808nmLD泵浦固体激光器及调Q实验研究

调Q技术可使激光输出峰值功率达到Mw量级以上,半峰值带宽压缩到皮秒量级,在工业生产、军事和医学领域应用广泛。目前,808nm LD泵浦固体激光器及调Q实验已经成为光电相关专业的首选实验。本文针对具体实验过程中,静态激光输出难度大,功率相对较低和难于实现调Q等关键问题,提出了简单易行,可操作性强的步骤方法,并取得了较好的实验效果。