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基于相变材料的片上光电存算一体化器件的研发
现阶段所设计的存算一体器件单元结构如图 1 所示: 器件的基本结构由波导和功能层(由下到上分为加热层、电极层、保护层、相变材料(硫系化合物)层)所构成。拟通过在当前流行的绝缘层上硅(SOI)光子平台上集成四氮化三硅光波导的方式实现器件的光学读取功能,即在非常厚的硅衬底层上生长一层绝缘层二氧化硅和波导层,然后在基片上通过光刻、显影、刻蚀等工艺制备四氮化三硅波导。功能层主要用于实现器件的电学写入功能。加热器层的主要用途是与相变材料层形成电接触,通过较小的接触面积使接触处的热量集中,从而可以在较小的电压或电流下使相变材料发生相变。因此需要加热器层具备较好的导热和导电性能,同时在近 C 波段具有较低的光损耗,可采用石墨烯。电极层可用于提供相变材料器件单元所需要的编程电脉冲。当前拟采用硒掺杂的相变材料合金(如 GSST)作为器件的核心功能层的相变材料。该材料在通信/非通信波段显示了极低的光损耗和更高的品质因数,且相变前后在通信 C 波段具有足够大的光学常数反差,可在更恶劣的高温环境下进行操作,适用于硅基光子器件应用。 采用的主要技术手段包括: ① 依托于相变材料的电致和光致相变特性,通过电学编程、光学读取的方法实现器件的存储、算术运算和逻辑运算功能:  存储功能的实现:拟利用相变材料晶态低透过率和非晶态高透过率分别代表二进制中的‘1’和‘0’,实现数据存储(编程)功能。例如在电极两端施加合适的电脉冲,所产生电流流经加热层时,生成的热量主要集中在加热层和相变材料层接触处,使得接触处的相变材料发生相变,实现存储功能。在完成上述编程操作后,从器件波导输入端输入读取连续光。由于相变材料功能层对光强的吸收能力在编程和非编程区域间存在着显著的差异,因此当输入光经过波导后,其能量会因为相变材料编程区域的吸收而发生改变,进而显著改变输出光强能量。所以通过测量输入输出光强的能量之比(即透过率),可实现对先前编程区域的读取。  算术和逻辑功能的实现:通过调整编程电脉冲的幅度和宽度可以动态调控相变材料的相变程度,使得器件的中间透过率值可用于代表不同的数值,实现多级存储功能。所以拟采用输入脉冲数量对应加数的方法实现标量加法计算。同时由于所设计器件的读取连续光输出功率可视为读取连续光输入功率和器件透过率的乘积,因此可采用将输入功率和透过率作为被乘数和乘数的方法实现基本乘法运算。除此之外还可以将器件功能层的初始状态设置为非晶相,把晶化脉冲幅值和不足以产生晶化的脉冲幅值分别作为输入逻辑‘1’和‘0’;同时设定一个判定阈值并与编程后器件透过率的变化率进行对比,把高于和低于阈值的透过率变化率分别作为输出逻辑 ‘1’和‘0’;通过合理选择编程脉冲有望实现各种逻辑功能输出。 ② 基于器件透射率可调特性验证其实现神经突触的可行性。并依托所设计人工突触构建人工神经网络芯片,实现图像、语音和文本识别功能:  突触可塑性是大脑记忆和学习的神经生物学基础,也是人工类脑器件需要实现的首要功能。为实现突触可塑性,拟把相变材料和波导之间的耦合区域视为仿生神经突触,左右两端电极分别代表突触前和突触后,分别施加在两端电极上的电脉冲则作为突触前和突触后刺激。通过调节从左右两端电极输入耦合区域的电脉冲时间差对耦合区域的光透过率进行连续调控,进而依托于上述存算理论模型和实物器件仿真和实验实现仿生神经突触的脉冲时序依赖可塑性(Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  将不同波长的光脉冲序列输入所设计的突触单元, 经过相变材料的作用,脉冲强度发生变化,对应于乘法器。进而借助于微环结构,将不同波长的脉冲导入进同一波导中,该功能类似加法器。相加后的脉冲光强较小时,读取光与微环发生共振,在输出端口没有光强输出。当光强达到一定的阈值后,读取信号不再和微环发生共振,而是传播到输出端口。这一过程类似神经元脉冲信号的激发,实现了非线性激活函数的功能。利用上述的单个神经元结构,验证其监督式机器学习和非监督式机器学习。对于监督式机器学习,权重的数值通过外部管理器设置;对于非监督式机器学习,不再需要外部管理器来设置权重值,而是通过输出光脉冲进行反馈控制,调整权重值。在单个神经元结构的基础上,更复杂的光学脉冲神经网络结构,证明该结构的可扩展性。拟设计的神经网络中的每一层结构包括三个功能单元,即收集器、分发器和神经突触结构。收集器将上一层不同波长的光脉冲信号收集到同一根波导中,分发器将光脉冲分发给多个神经元,神经突触结构则产生光脉冲信号,输入给下一层结构。基于上述结构实现图片、语音和文本的识别。 创新性分析:①首次研究了一款基于“电学编程、光学读取”模式的光电混合存算一体化器件。与传统电学存算一体化器件相比,拟研发的器件可以进行长距离的信息传输,具有传输带宽高、信号间延迟低、损耗低、抗干扰、集成密度高等优点。②采用硒(Se)掺杂的相变材料作为存算一体化器件的核心功能材料。与采用其他相变材料的存算一体器件相比,以硒参杂的相变材料作为功能材料的存算一体器件有望展现出极低的光损耗。③提出了一种基于“电学脉冲刺激、光学权重调节”的人工神经突触。该突触器件有望成为未来通用型人工神经突触,填补了光电混合型人工突触的技术空白。 先进性分析:①所提出的光电混合工作模式使得该存算一体化器件不但具有传统集成电路的高密度特性,且兼具光通信技术的宽频带、低延迟、抗干扰的优越性能。②所采用硒参杂的相变材料不但继承了传统材料具有的快速相变转化速度、低功耗和稳定性强等特性,且本身在通信波段非晶态透明的同时还保持了相变前后足够大的光学性能差异的特点。③所设计的突触继承了人工电子突触和全光突触的优点,具有高集成度、低功耗、超快响应时间、稳定性强等优点。 独占性分析:根据已取得成果正在撰写专利,以获得该关键技术的独有权。 
南京邮电大学 2021-05-11
一种基于片上系统的无线温湿度监控节点及其监控方法
本发明公开了一种基于片上系统的无线温湿度监控节点及其监控方法,所述无线温湿度监控节点包括均单片机CC430、数字温湿度传感器SHT11、聚合物锂电池、天线、32.768kHz的低频晶振、26MHz的高频晶振和JTAG调试口。本发明利用无线温湿度监控节以及其监控方法,不仅在环境的安装部署上极为简便,在维护或者改装变迁上也非常方便;另外本发明是休眠和工作之间来回切换,极大程度的降低了功耗,而且也有效的避开了多个节点之间的相互干扰。
四川大学 2016-10-27
一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的系统及方法
本发明公开了一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的系统及其方法,所述系统沿着薄膜输送方向依次包括开卷装置、第一检测装置、上料装置、压合装置、第二检测装置、裁切装置、第三检测装置、下料装置以及收卷装置。其中开卷和收卷装置分别用于将薄膜展开和缠绕收卷,上料和压合装置分别用于真空吸附片材和将片材在薄膜上叠合,裁切装置用于对复合叠层执行断点切断,第一、第二和第三检测装置用于检测柔性薄膜的输送、叠合对位和裁切效果予以检测和反馈,下料装置用于对复合叠层执行下料及分类处理。通过本发明,能够保证薄膜的稳定输送及其与片材之间的精确定位,防止片材出现弯曲和脆裂现象,而且便于对复合叠层进行裁切和分类处理。
华中科技大学 2021-04-11
一种Au纳米粒子修饰的TiO2纳米线光催化剂的制备方
本发明公开了一种Au纳米粒子修饰的TiO2纳米线光催化剂的制备方法,步骤如下:将钛片分别通过乙醇清洗和酸洗去除表面的油污和氧化层,表面打磨直到均匀光滑,通过阳极氧化法对其进行氧化处理,采用阶梯升压的方法,阳极氧化处理,氧化处理后在空气中煅烧;采用吸附-光还原的方法对TiO2纳米线进行Au纳米粒子修饰,把TiO2纳米线浸入到氯金酸溶液中,搅拌状态下进行紫外灯光照,处理后用去离子水冲洗,烘干。本发明在模拟日光照射下具有较高的光催化活性,提高了对可见光的利用,且制备方法简单,反应便于控制;作为固定化的光催化剂,便于从水中分离,避免产生新的污染,去除水体中有机污染物具有良好的稳定性和可重复利用性。
青岛农业大学 2021-04-13
含氮有机络合剂的合成及其在硫酸铝中 除铁技术的应用
1.项目简介:目前,我国生产的硫酸铝的产品质量较低,主要表现在氧化铝的含量偏低(Al2O3≤17%):铁离子含量过高(0.3~0.1%)。各生产厂家虽然投入了大量的人力和物力降低铁离子含量从而提高氧化铝的含量,但收效甚微。该项目中的含氮有机螯合剂是一种高效的铁离子螯合沉淀剂,在制备无铁或低铁工业硫酸铝中,与其它除铁试剂和方法相比,具有效率高,沉淀速度快,条件温和,工艺技术简单,成本低,无“三废”排放,经济效益和社会效益显著等特点;氮有机螯合沉淀剂用于硫酸铝母液中除铁,可以使固体硫酸铝产品中的含铁量从0.2%降至20ppm,达到无铁级标准。 高纯度的无铁离子硫酸铝广泛应用与高档纸品的生产。 2.技术特点: ①. 该技术除铁效果非常明显,产品经武汉市产品质量监督管理局检验化工站参照HG/T2225-2001标准方法检验,符合Ⅱ型一等品技术指标要求。 ②. 有机螯合沉淀剂的生产工艺简单,设备投资少;没有废酸、废水、废气等污染物排放。符合环保要求。 ③. 此技术应用到原有的硫酸铝生产工艺上无须较大的设备改造,即可达到理想的除铁效果。且该有机络合沉淀剂可回收重复使用。
武汉工程大学 2021-04-11
掺铝氧化锌薄膜的退火真空度和氩离子溅射清洗工艺控制
掺铝氧化锌薄膜( AZO )成本低廉、无毒环保,溶胶凝胶法制备 AZO 薄膜具有工艺简单、成膜均匀性好、易于精确掺杂等优点,而后续处理工艺则是提高溶胶凝胶法制备的透明导电薄膜性能的关键。为此我们研究 105  到  10-4 Pa 大真空度范围退火条件下的电阻率变化规律,发现:电阻率的降低集中在相对狭窄的真空度范围,其中在 100 Pa  到 10 Pa  之间,电阻率陡降了 2 个数量级。电阻率在 10 Pa  退火时达到最小值,继续提高真空度(减低气压),电阻率不再继续降低。这一研究结果不仅澄清了以往对溶胶 - 凝胶法制备透明薄膜后续工艺处理的模糊认识,而且对实际生产工艺具有重要的指导意义,例如以此为根据,选择合适的真空度退火,达到既满足产品的性能指标,又能节能减排的最佳效果。 XRD 与 XPS  的分析表明中真空下氧空位、锌填隙、以及 Al3+  对 Zn2+  离子的取代是中真空度下电阻率陡降的主要原因。此外,利用  Ar+ 离子对退火后的样品进行反溅射清洗,能进一步提高电导率。更重要的是能在薄膜表面形成具有一定的凹凸起伏的绒面结构,能将入射太阳光分散到各个角度。用作太阳能电池电极时,能有效增强太阳能电池内的光吸收材料对入射太阳光的捕获,提高光能利用率。
辽宁大学 2021-04-11
一种基于铝的用于烷基化反应的催化剂的制备方法
本发明公开一种基于铝的用于烷基化反应的催化剂的制备方法。该方法是先将具有全氟烷基磺酰亚胺结构的离子液体预热至60~90℃,然后加入含铝化合物,搅拌混合均匀后降至常温;然后将反应体系置于N2氛围下,常温下反应6~24h,使其相互反应生成配合物,得到用于催化Friedel?Crafts烷基化反应的催化剂。本发明方法制备得到的催化剂用于合成Friedel?Crafts烷基化反应,如苯与1?十二烯合成十二烷基苯的反应,该催化剂具有活性高,2?直链烷基苯(2?LAB)选择性较高,使用条件温和,可以通过简单方法回收,且循环性好的特点。
浙江大学 2021-04-13
一种Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料及其制备方法
所属行业领域 铝及铝合金的钎焊材料 成果介绍 本研究成果是涉及一种Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料及其制备方法,钎料合金中主要添加元素为Si、Ge、Zn,旨在解决当前铝基钎料所面临的两个关键问题:1、熔化温度低的加工成型性差(如Al-Si-Cu、Al-Ag-Cu等);2、加工成型性好的熔化温度高(如Al-12Si)。这两大关键问题直接制约着钎料合金的制备和使用,到目前为止,大量的性能
北京科技大学 2021-04-14
一种高比表面积、大孔径拟薄水铝石的制备方法
近年来,我国社会工业快速发展,科学技术迅速提高,尤其是石油工业的发展更是突飞猛进,氧化铝作为石油工业中最常用的催化剂载体,其性能越来越受到人们的重视,其中比表面积和孔性质是评价氧化铝性能的主要标准,优质的氧化铝应具备以下优点:比表面积高、孔容大、孔径分布集中,制备具有以上优点的氧化铝成为石油工业的研究热点。拟薄水铝石作为制备各种氧化铝的前驱体以及制备石油工业催化剂的原料也越来越受到企业的重视。在工业上,拟薄水铝石的制备方法主要有酸法、碱法、醇铝法,但以上几种方法自身均有一定的缺陷,如酸法制备的拟薄水铝石比表面积较小,碱法产物中含有Na+杂质,醇铝法生产成本过高。 成果亮点 我们对成本较低的酸法进行改进,成功制备具有高比表面积、大孔容、大孔径且孔径分布集中的拟薄水铝石(比表面积310540 m2/g、孔容0.41.9cm3/g、平均孔径612 nm、最可几孔径520 nm范围内可调),已经获得国家发明专利授权。
兰州大学 2021-01-12
一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器
本实用新型涉及一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器,包括主板电路和罩体,所述主板电路包括MCU单元、电源单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元、通讯单元,所述UI单元包括模数转换单元、开关量输入处理单元、电平量输入处理单元,所述UO单元包括数模转换单元、外接继电器驱动单元,所述通讯单元包括以太网通讯处理单元、485通讯处理单元、无线通讯处理单元,所述UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元皆与MCU单元相连,所述电源单元对MCU单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元进行供电。本实用新型具有最精简的计算机控制结构,采用 CPU 主控单元独立完成控制与运算,其结构紧凑,集成度高,产品具有多种通讯方式,可操作性强。
浙江大学 2021-04-13
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