本文關(guān)鍵詞：憶阻器基本特性與基于憶阻器的生物突觸研究

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【摘要】：隨著智能化信息時代的到來,大規(guī)模集成電路也進入高速發(fā)展階段,然而晶體管器件尺寸不斷縮小即將達到極限,集成度不斷升高導(dǎo)致芯片發(fā)熱等副作用都成為限制集成電路的發(fā)展的阻礙,因此新型電路元器件的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用變得至關(guān)重要。此時憶阻器進入人們的視野,它具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、功耗低、易于集成、與CMOS兼容等一系列的優(yōu)勢,因此迅速成為半導(dǎo)體和集成電路領(lǐng)域研究人員關(guān)注的重點。突觸是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,也是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬的關(guān)鍵,傳統(tǒng)突觸的模擬采用晶體管器件,受限于晶體管尺寸和功能,密度遠低于生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中突觸的密度。由于憶阻器的尺存達納米級,并且憶阻器可以像突觸一樣工作,是目前已知的功能與生物突觸非常接近的器件,提供了構(gòu)筑模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)�；趹涀杵鞯膬�(yōu)勢,憶阻器替代傳統(tǒng)的晶體管實現(xiàn)生物突觸模擬,使得人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中突觸密度進一步向生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)靠攏,進而可以實現(xiàn)低功耗、高集成度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬。本論文從憶阻器基本結(jié)構(gòu)、阻變機制和模型三個方面對憶阻器進行了分析,深入認識憶阻器作為第四種基本電路元件對整個電子電路行業(yè)發(fā)展帶來的重要作用。分析了憶阻器在非易失性存儲、數(shù)字模擬電路、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的應(yīng)用,給出了一種基于憶阻器的靜電保護電路。充分認識生物突觸結(jié)構(gòu)、工作原理和重要特性,將憶阻器應(yīng)用于模擬突觸,并以權(quán)值調(diào)整電路實現(xiàn)突觸的脈沖時間依賴可塑性學(xué)習規(guī)則。在實現(xiàn)憶阻器模擬突觸基礎(chǔ)上進一步模擬由突觸和神經(jīng)元構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過三個神經(jīng)元和兩個突觸的結(jié)構(gòu)模擬巴甫洛夫的狗的模型,以實現(xiàn)聯(lián)想記憶功能。使用Keithley 4200-SCS半導(dǎo)體參數(shù)測試儀表征NiO憶阻器和HfO2憶阻器的阻變特性,設(shè)計突觸權(quán)值調(diào)整電路和聯(lián)想記憶電路的PCB級電路,并將NiO憶阻器連接在電路中,仿真和測試結(jié)果證明電路完成了所需要的功能。本文證實了突觸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬可以通過基于憶阻器的硬件電路來實現(xiàn),而不僅僅停留在仿真階段,為構(gòu)建更復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供了新思路,有望在不久的將來進一步實現(xiàn)超高密度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
【關(guān)鍵詞】：憶阻器 突觸 聯(lián)想記憶 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM501
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究背景和意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀12-18
• 1.3 論文主要工作和研究內(nèi)容18
• 1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排18-20
• 第二章 憶阻器的特性20-25
• 2.1 憶阻器理論20-21
• 2.2 憶阻器的基本結(jié)構(gòu)21-22
• 2.3 憶阻器的阻變機制22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 憶阻器的模型與應(yīng)用25-34
• 3.1 憶阻器模型25-30
• 3.1.1 憶阻器邊界遷移模型25-27
• 3.1.2 窗函數(shù)27-30
• 3.2 憶阻器應(yīng)用于靜電保護電路30-33
• 3.3 本章小結(jié)33-34
• 第四章 憶阻器應(yīng)用于突觸和聯(lián)想記憶電路34-49
• 4.1 憶阻器應(yīng)用于生物突觸34-44
• 4.1.1 突觸34-36
• 4.1.2 STDP規(guī)則36-37
• 4.1.3 憶阻器用于生物突觸的研究現(xiàn)狀37-38
• 4.1.4 基于憶阻器的突觸權(quán)值調(diào)整電路38-44
• 4.2 憶阻器應(yīng)用于聯(lián)想記憶電路44-47
• 4.2.1 聯(lián)想記憶的概念44-45
• 4.2.2 基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路45-47
• 4.3 本章小結(jié)47-49
• 第五章 仿真和測試結(jié)果49-61
• 5.1 基于NiO憶阻器的阻變特性表征49-51
• 5.2 基于HfO_2憶阻器的阻變特性表征51-52
• 5.3 基于憶阻器的突觸權(quán)值調(diào)整電路仿真結(jié)果52-56
• 5.4 基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路測試結(jié)果56-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 第六章 總結(jié)與展望61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-69
• 攻碩期間取得的研究成果69-70

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