面向神经形态感知和计算的柔性忆阻器基脉冲神经元

受人脑工作模式的启发,脉冲神经元作为人工感知系统和神经形态计算体系的基本计算单元发挥着重要作用.然而,基于传统互补金属氧化物半导体技术的神经元电路结构复杂,功耗高,且缺乏柔韧性,不利于大规模集成和与人体兼容的柔性感知系统的应用.本文制备的柔性忆阻器展示出了稳定的阈值转变特性和优异的机械弯折特性,其弯折半径可达1.5 mm,弯折次数可达10^(4)次.基于此器件构建的神经元电路实现了神经元的关键积分放电特性,且其频率-输入电压关系具有整流线性单元相似性,可实现基于转换法的脉冲神经网络中神经元的非线性处理功能.此外,基于电子传输机制和构建的核壳模型,对柔性忆阻器的工作机制进行分析,提出了电场和热激发主导的阈值转变机制;进一步对忆阻器和神经元的电学特性进行电路仿真模拟,验证了柔性忆阻器和神经元电路工作机制的合理性.本文对柔性神经元的研究可为神经形态感知和计算系统的构建提供硬件基础和理论指导.

柔性忆阻器研究进展

柔性电子器件是未来功能化集成电子发展的方向之一,其中用于信息存储及处理的高性能柔性存储器是重要的组成部分。忆阻器(resistive random access memory,ReRAM)因其超快运行速度、微缩性好及功耗低等优点,成为最具应用前景的下一代非易失性存储器之一。主要总结了忆阻器发展历程、电阻转变物理机制、以及柔性忆阻器的研究进展。通过对比不同介质层柔性忆阻器在阻变转换耐久性和弯曲疲劳耐久性的差异,系统讨论分析了影响柔性忆阻器性能的原因。