文献阅读 —— 神经形态视觉传感器的光电电阻随机存取存储器

神经形态视觉传感器的光电电阻随机存取存储器

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摘要

神经形态视觉系统具有相当大的潜力，可以模拟人类视觉系统的基本功能，甚至超越可见光区域。然而，基于传统图像传感器、存储和处理单元的人工视觉系统的复杂电路在设备集成和功耗方面面临着严峻的挑战。在这里，我们展示一个简单的双端光电电阻随机存取记忆(ORRAM)突触装置，为一个有效的神经形态视觉系统，表现出非挥发性光学电阻开关和光可调突触行为。

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图1

（a） MoOx ORRAM的原理图结构。Pd和ITO分别为底电极和顶电极，MoOx夹在底电极和顶电极之间。ITO电极接地，电压施加到Pd电极上。插图，横断面SEM图像。标尺，100纳米
（b） 光置位和电复位在直流扫频模式。黑色表示去除UV照明前和蓝色的线表示去除UV照明前后的电压正扫。红线表示电复位过程的电压反
（c） 扫脉冲开关特性。一种光脉冲(365nm紫外光)，其功率强度为150mw cm−2，脉冲宽度设置过程使用600ms，复位过程由电脉冲启动(- 4.5 V, 100ms)
(d) - (e) 能带图

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图2

（a） 输出电流与传统图像传感器(红色)和ORRAM突触装置(蓝色)光照时间的比较。传统的图像传感器没有随时间变化的响应，而ORRAM突触器件的输出电流随着光照时间的增加而增加(I = K(t) + C，其中K为与时间相关的函数，C为常数)。
（b） 光强相关 (0.22、0.45、0.65和0.88mW/cm−2)脉冲宽度为200ms的STP
（c） 光强相关的STP，脉冲宽度为2秒。
（d） 在不同的光强下，峰值电流和弛豫时间（将弛豫时间提取为电流下降到30%所需的时间。）随脉冲宽度的变化曲线。
（e） 长期电位随脉冲数增加至500(脉宽200ms，脉冲间隔，200ms)
（f） 300次不同光强脉冲刺激后，STP向LTP过渡。保留试验以0.1 V的小读出电压进行监测

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图3

（a） 8×8 ORRAM阵列的结构示意图。
（b） SEM图，标尺，200um
（c） 字母F ©和字母L (d)的图像记忆示意图。字母F受到0.88mW/cm−2光强的刺激，字母L受到0.45mW cm−2光强的刺激(脉冲宽度为200ms;脉冲间隔，200毫秒)
（d） 上
（e） 训练过程(1)-(3)后的图像对比度增强，以及训练过程中和训练过程后的当前响应(右面板)。训练过程通过重复输入图像100次，频率2.5 Hz(脉宽200ms;脉冲间隔，200ms)。输入图像中的四个灰度对应四个光强(0 (A)、0.22 (B)、0.45 ©和0.88 (D) mW/cm−2)。输出图像中的信号与训练后的电流相对应。输入信号(光强)和输出信号(电流d)

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图4

（a） 人类视觉系统的示意图。
（b） 基于ORRAM图像预处理设备和用于图像识别的人工神经网络的人工神经形态视觉系统的说明。
（c） 基于orram的预处理前(左列)和后(右列)图像的例子。
（d） 基于orram的图像预处理与不基于orram的图像识别率比较

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总结：

在这项工作中，设计并构建了一种可以直接响应光学刺激的MoOx ORRAM突触器件。该装置可以存储光学信息，并执行光可调突触功能。ORRAM阵列的紫外光可调突触可塑性允许我们进行第一阶段的图像处理，如图像对比度增强和噪声降低。通过ORRAMs对图像进行预处理，有效地提高了后续处理任务的处理效率和精度。