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可实现完整音频范围信号处理的突触晶体管

lili 2020-10-20 13:48

摘要 神经形态计算的迅速发展刺激了人们对新型大脑启发性电子设备的搜索。突触晶体管是三端设备,可以在消耗低功率的同时模拟化学突触,从而绝缘介电层将输出信号和输入信号彼此物理隔离。适当选择电介质对于在这些 ...

摘要

神经形态计算的迅速发展刺激了人们对新型大脑启发性电子设备的搜索。突触晶体管是三端设备,可以在消耗低功率的同时模拟化学突触,从而绝缘介电层将输出信号和输入信号彼此物理隔离。适当选择电介质对于在这些设备中实现广泛的工作频率至关重要。本文报告带有印刷氧化铝电介质的突触晶体管,将突触晶体管的工作频率提高了将近两个数量级,达到50 kHz。可以在所有音频频率(20 Hz20 kHz)中产生突触响应的预制设备被用于声学响应系统中,在未来在利用印刷氧化物电子进行神经声学信号处理方面具有较大的研究潜力。

1 声音信号处理示意图


2 TFT的突触特性


声音系统对500 Hz的声刺激的突触响应


结论:

本文报告了带有印刷氧化铝(AlOx)电介质的突触晶体管,该突触晶体管的工作频率为50 kHz,从而将固态突触晶体管的速度提高了近两个数量级。本文研究了印刷固态AlOx电介质的结构和组成,以揭示高速存储行为的起源。由于这项工作的TFT的突触响应涵盖了整个音频范围,因此可以将其实现为神经声学应用。

基于超大规模集成电路(VLSI)的神经网络以及基于现场可编程门阵列(FPGA)的神经网络已针对各种任务显示了声音信号的神经形态处理,这些任务包括语音识别,声音识别,噪声过滤,或声音位置检测。通过模拟时空突触信号处理,采用了突触晶体管的网络也已用于声音位置检测,但输入信号频率被限制在40 Hz以内。在当前的工作中,我们证明了带有印刷氧化铝电介质的突触晶体管在整个音频范围内用于声信号处理的适用性。

文章链接:https://doi.org/10.1038/s41598-020-73705-w


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