[发明专利]电路结构及其驱动方法、神经网络

说明书

一种电路结构及其驱动方法、神经网络。该电路结构包括：至少一个电路单元，每个电路单元包括第一组阻变器件和第二组阻变器件，第一组阻变器件包括阻值渐变器件，第二组阻变器件包括阻值突变器件，第一组阻变器件和第二组阻变器件串联连接，在未加电压的情况下，第一组阻变器件的阻值大于第二组阻变器件的阻值。该电路结构利用阻值渐变器件和阻值突变器件串联连接形成类神经元结构，以实现模拟人脑神经元的功能。阻值渐变器件的阻值在外加电压下缓慢变化，可以用于模拟生物树突的S型生长曲线的行为。该电路结构具有结构简单、功耗低、面积小、可以实现复杂功能以及与标准CMOS工艺容易兼容等优点。

技术领域

本公开的实施例涉及一种电路结构及其驱动方法、神经网络。

背景技术

随着信息技术的高速发展，运行速度的提升和能耗的降低成为了传统冯诺依曼计算架构发展的瓶颈，而类脑计算体系以其可大规模并行操作、低能耗、自主学习和自适应等特性被认为是目前寻求高性能计算机的突破方向。在人脑中，神经元和突触是最主要、数量最多的神经单元。由此，构建类脑计算体系需要大量的类神经元和类突触的电子器件，这些电子器件除了需要实现模拟神经元和突触的功能外，还需要具有面积小、功耗低以及速度高等性能。

目前，在类脑计算体系中，类神经元的功能需要通过电路设计实现，由于硬件资源的限制，类神经元的电子器件存在能耗高、无法处理复杂任务等缺陷，进而限制类脑计算体系的发展。

发明内容

本公开至少一实施例提供一种电路结构及其驱动方法、神经网络。该电路结构利用阻值渐变器件和阻值突变器件串联连接形成类神经元结构，以实现模拟人脑神经元的计算、积分发射、衰减和过滤等功能。例如，阻值渐变器件的阻值在外加电压下缓慢变化，可以用于模拟生物树突的S型生长曲线的行为。该电路结构具有结构简单、功耗低、面积小、可以实现复杂功能以及与标准CMOS工艺容易兼容等优点。

本公开至少一实施例提供一种电路结构，其包括：至少一个电路单元，每个电路单元包括第一组阻变器件和第二组阻变器件，第一组阻变器件包括阻值渐变器件，第二组阻变器件包括阻值突变器件，第一组阻变器件和第二组阻变器件串联连接，在未加电压的情况下，第一组阻变器件的阻值大于第二组阻变器件的阻值。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，阻值渐变器件具有第一阻值，阻值突变器件具有第二阻值，在未加电压的情况下，第一阻值的范围为1-100兆欧，第二阻值的范围为1-1000千欧。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，阻值渐变器件包括层叠的第一氧化物层和第二氧化物层，第一氧化物层的氧含量高于第二氧化物层的氧含量。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，第一氧化物层的材料为五氧化二钽或氧化铝，第二氧化物层的材料为二氧化钽。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，阻值渐变器件还包括第一电极层和第二电极层，第一氧化物层和第二氧化物层设置在第一电极层和第二电极层之间，且第一电极层与第一氧化物层电连接，第二电极层与第二氧化物层电连接。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，第一电极层的材料为活性金属。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，该活性金属为铝、镍、或钛。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，阻值突变器件包括层叠的第三电极层、第三氧化物层和第四电极层，第三氧化物层设置在第三电极层和第四电极层之间。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，第三氧化物层的材料为五氧化二钽、二氧化钒或二氧化铌。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，第三电极层的材料为惰性金属。

例如，在本公开至少一实施例提供的电路结构中，该惰性金属为铂、钌、铱或钯。