[发明专利]一种基于光电耦合忆阻器的人工突触器件及其调制方法

摘要

本发明公开了一种基于光电耦合忆阻器的人工突触器件及其调制方法,该人工突触器件包括上电极、下电极以及位于上、下电极之间的功能材料层，上电极、功能层材料及下电极共同形成三明治结构；其中，功能材料层由具有光电导效应的材料制成，下电极为透明导电电极；电信号通过上电极、下电极输入，光信号则通过透明导电电极输入；本发明提供的这种人工突触器件在电信号之外引入光作为另一端调控信号，将二端人工突触器件的调控端扩至三端；添加的这一端使得人工突触器件可在外界光学激励信号下发生阻值变化，通过对光学激励信号强度、频率及光脉冲时间的选择调控，能够将该人工突触器件配置到相应的多个阻态，相应实现多种突触可塑性功能。

主权项

1.一种人工突触器件在电信号下的突触可塑性的调制方法，所述人工突触器件包括上电极、下电极以及位于所述上、下电极之间的功能材料层；所述功能材料层由具有光电导效应的材料制成，上电极为金属电极、下电极为透明导电的电极；电信号通过所述上电极、下电极输入，光信号通过下电极输入；外部电信号从上、下两个电极输入，光信号通过下电极输入；其特征在于，包括如下步骤：(1)在所述人工突触器件的上电极输入直流电平V_F，将其下电极接地，通过调节限制电流对所述人工突触器件进行电初始化，使人工突触器件的电阻状态由最初的电阻状态转变为低电平可调节的阻态；(2)通过在所述人工突触器件的上电极输入写入电平V_set，将所述人工突触器件从高阻态R_H调控至低阻态R_L；通过在下电极输入擦除电平V_reset，将上电极接地，将所述人工突触器件从低阻态R_L调控至高阻态R_H；所述人工突触器件在高阻态R_H时，电导很低，电流通过能力小，采用处于这种状态下的人工突触器件来模拟生物突触连接强度很弱、突触权重很低的情况；所述人工突触器件在低阻态R_L时，电导很高，电流通过能力强，采用处于这种状态下的人工突触器件来模拟生物突触连接强度很强、突触权重很大的情况；(3)通过在所述人工突触器件的上电极输入写入阈值脉冲P_set，将其下电极接地，将人工突触器件从高阻态R_H调控至低阻态R_L；通过在下电极输入擦除阈值脉冲P_reset，将其上电极接地，将人工突触器件从低阻态R_L调控至高阻态R_H；通过在所述人工突触器件的任一个电极加幅值或脉宽低于阈值脉冲的脉冲信号P_M，将另一个电极接地，将人工突触器件调控至中间阻态R_M1；通过改变脉冲信号P_M的脉冲参数幅值和脉宽的大小，获得不同的中间阻态R_MX；当所述人工突触器件处在不同的中间阻态时，电导不同，电流通过能力不同，采用处于这种状态下的人工突触器件来模拟生物突触不同的突触权重；(4)当所述人工突触器件处在髙阻，而脉冲信号P_M1未能将器件从高阻态调控至某个稳定的中间阻态，而是从中间阻态易失性地衰退回高阻态，所述人工突触器件实现STP功能；当所述人工突触器件处在髙阻，脉冲信号P_M2将器件从高阻态调控至某个中间阻态，器件从所述中间阻态易失性地衰退回阻值低于高阻态的非易失的某个稳定中间阻态时，所述人工突触器件实现LTP功能；当所述人工突触器件处在高阻态，在所述人工突触器件的同一电极上连续施加两个相同的脉冲信号P_M3，当两次脉冲信号的刺激引起的电流幅值之比A₂/A₁大于1时，所述人工突触器件实现PPF功能；当在所述人工突触器件的上电极施加脉冲序列P_S1，在其下电极施加脉冲序列P_S2，通过改变脉冲序列P_S1与P_S2的时间间隔δt，使得突触权重的改变量也随之改变；通过调整脉冲序列的参数，当突触权重随δt变化而变化时，实现STDP功能；(5)通过在所述人工突触器件的上电极输入读电平V_read，将其下电极接地，来实现人工突触器件权重的读取。