[发明专利]基于可调同质结场效应器件的人工突触电路及实现方法

权利要求书

1.一种基于可调同质结场效应器件的人工突触电路，其特征在于，所述电路包括第一可调同质结场效应器件M1、第二可调同质结场效应器件M2、第三可调同质结场效应器件M3以及电容元件C；

M2的源极S2和M3靠近源极的栅极电极G3A连接作为第一输入端，其用于输入仿突触前脉冲，M3的源极S3和M2的靠近源极的栅极电极G2A连接作为第二输入端，其用于输入仿突触后脉冲；M2的漏极D2和靠近漏极D2的栅极电极G2B连接，并与M1靠近源极S1的栅极电极G1A相连，M3的漏极D3和靠近漏极D3的栅极电极G3B连接，并与M1靠近漏极D1的栅极电极G1B相连；所述电容C连接在M1的两个栅极电极G1A与G1B之间，M1的源极S1与漏极D1分别用于施加源极偏压V₁和漏极偏压V₂；

所述M1、M2以及M3结构相同，均包括衬底绝缘材料、沟道材料层、绝缘层和金属电极层，所述金属电极层包括漏电极层、源电极层、栅电极层A和栅电极层B，所述栅电极层A和栅电极层B并列制备于衬底绝缘材料之上，且栅电极层A和栅电极层B之间留有间隙，保证二者之间电绝缘，绝缘层完全覆盖于栅电极层A和栅电极层B之上，所述漏电极层置于所述栅电极层A上方的沟道材料层的左侧边缘，所述源电极层置于所述栅电极层B上方的沟道材料层的右侧边缘，即栅电极层A与M1中的栅极电极G1B，M2中的栅极电极G2B以及M3中的栅极电极G3B对应，所述栅电极层B与M1中的栅极电极G1A，M2中的栅极电极G2A以及M3中的栅极电极G3A对应。

2.根据权利要求1所述的基于可调同质结场效应器件的人工突触电路，其特征在于，所述沟道材料层采用低维半导体材料，且其具有双极性场效应特性。

3.根据权利要求2所述的基于可调同质结场效应器件的人工突触电路，其特征在于，所述低维半导体材料为硅纳米线、碳纳米管、二维层状材料或者有机半导体薄膜材料。

4.根据权利要求2所述的基于可调同质结场效应器件的人工突触电路，其特征在于，所述具有双极性场效应特性的材料为本征半导体，其带隙范围在0.5～1.5eV，材料厚度小于30nm。

5.根据权利要求1所述的基于可调同质结场效应器件的人工突触电路，其特征在于，所述同质结状态包括NN结，PP结，PN结和NP结。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的基于可调同质结场效应器件的人工突触电路的电路功能实现方法，其特征在于，包括：

对M1的源极S1和漏极D1施加偏压V₁和V₂，且V₁V₂，测定此时经过M1的电流值I_ds-M1-before；

施加仿突触前脉冲和仿突触后脉冲，记录仿突触前脉冲电压和仿突触后脉冲电压的时间差Δt；

测定施加仿突触前脉冲和仿突触后脉冲后经过M1的电流值I_ds-M1-after，进而计算突触的权重变化量ΔW；

偏压V₁和V₂不变，改变仿突触前脉冲和仿突触后脉冲的输入时间差，确定ΔW和Δt之间的变化规律，进而模拟生物上的反赫布学习规则。

7.根据权利要求6所述的基于可调同质结场效应器件的人工突触电路的功能实现方法，其特征在于，所述ΔW和Δt之间的变化规律，包括：

当Δt0时，产生净的负向有效脉冲，减小了M1的导电能力，即减弱了突触连接的强度，否则，

当Δt0时，产生净的正向有效脉冲，增强M1的导电能力，即加强了突触的连接强度，且此时当|Δt|增加时，净有效脉冲的绝对值将减小，即减小了突触权重变化量的绝对值|ΔW|。

8.根据权利要求6所述的基于可调同质结场效应器件的人工突触电路的功能实现方法，其特征在于，该方法还包括：

将偏压V₁和V₂的值对调后保持不变，改变仿突触前脉冲和仿突触后脉冲，确定ΔW和Δt之间的变化规律，进而模拟生物上的赫布学习规则。

9.根据权利要求8所述的基于可调同质结场效应器件的人工突触电路的功能实现方法，其特征在于，当Δt0时，产生净的正向有效脉冲，增强了M1的导电能力，即增强了突触连接的强度，否则，

当Δt0时，产生净的负向有效脉冲，减弱了M1的导电能力，即减弱了突触连接的强度。