[发明专利]一种光电计算单元的控制方法

说明书

本发明公开了一种光电计算单元的控制方法。其光电计算单元包括发光单元和计算单元，计算单元包括三部分：作为光生载流子收集和读出区的P型半导体衬底、作为耦合区的电荷耦合层和作为载流子控制区的控制栅极；控制方法具体为：通过在控制栅极、P型半导体衬底以及N型源极和N型漏极施加不同的电学条件，改变计算单元内的电学状态，使得计算单元处于不同的工作阶段，工作阶段包括：接收光子并生成光生载流子的光输入阶段；接收电子并使电子和光生载流子产生运算关系的电输入阶段；输出被光生载流子和电输入电子共同作用的读出阶段；擦除光输入数据的光输入复位阶段。本发明可以实现高精度的光输入，大大提高了器件计算的准确度。

技术领域

本发明涉及一种光电计算单元工作状态的控制方法，属于光学领域和半导体器件领域。

背景技术

光电计算单元为一种可以独立运算或者与目前电子计算技术相结合来进行运算的计算器件，其特点为：单器件即可实现“存-算一体功能”，集成度好，能效比高，兼容性强。

当光电计算单元组合为大型的光电计算阵列，可以用来实现各种复杂的运算加速功能，比如卷积神经网络算法中的卷积运算。如果将光电计算阵列作为卷积运算器，可以很好地发挥多次卷积运算中卷积核数据不变的特性，利用光电计算单元的光输入数据“存储”特性，能实现高性能卷积运算。但是如何通过有限的布线对大规模的卷积运算器阵列中的每一个单元进行控制并进行精确的光输入，这一问题也就变得尤为关键。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种光电计算单元的控制方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种光电计算单元的控制方法，光电计算单元包括发光单元和计算单元，发光单元发出的光入射到计算单元中，所述计算单元包括三部分：作为光生载流子收集和读出区的P型半导体衬底；作为耦合区的电荷耦合层；作为载流子控制区的控制栅极；其中，P型半导体衬底中设有N型漏端和N型源端；所述控制方法具体为：通过在控制栅极、P型半导体衬底以及N型源极和N型漏极施加不同的电学条件，改变所述计算单元内的电学状态，使得计算单元处于不同的工作阶段，工作阶段包括：接收光子并生成光生载流子的光输入阶段；接收电子并使电子和光生载流子产生运算关系的电输入阶段；输出被光生载流子和电输入电子共同作用的读出阶段；擦除光输入数据的光输入复位阶段。

进一步地，所述光输入阶段的控制方法具体为：在控制栅极上施加正压，并且在P型半导体衬底上施加负压，同时在N型漏端和N型源端上加零偏压，使得P型半导体衬底底部和表面沟道之间产生足够大的电场，达到光输入的条件，从而计算单元进入光输入阶段；通过撤去或降低控制栅极上的正压、撤去或提升P型半导体衬底上的负压或者降低N型漏端和N型源端上的偏压，使得计算单元脱离光输入阶段；

所述光输入复位阶段的控制方法具体为：通过在控制栅极上施加负压，并且在P型半导体衬底上施加正压或者零偏压；或者在控制栅极上施加负压或零偏压，并且在P型半导体衬底上施加正压，使得储存在电荷耦合层的代表光输入量的光生载流子从电荷耦合层被抽走并与P型半导体衬底内的空穴复合，计算单元进入光输入复位阶段并完成光输入量的复位；

所述电输入阶段的控制方法具体为：通过在控制栅极上施加代表电输入量的大小的正偏压，使电输入量以载流子的形式输入控制栅极中；或者通过在P型半导体衬底的N型漏极和N型源极之间施加代表电输入量的大小的偏压，使电输入量以载流子的形式输入计算单元的光生载流子收集和读出区中，计算单元进入电输入阶段并输入电输入量；