發(fā)布時間：2020-10-19 20:40

【摘要】：GaN材料因其優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)化性能在現(xiàn)代可見光通信領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,其制作的LED器件具有體積小、低功耗、發(fā)光效率高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點。本文從光致突觸神經(jīng)元器件出發(fā),探索光信號代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電信號來實現(xiàn)突觸間刺激的傳遞的機制,設(shè)計并制備出了基于InGaN/GaN多量子阱的高性能薄膜LED,開展GaN基光致突觸突觸芯片的研究。首先,基于InGaN/GaN多量子阱二極管器件在發(fā)光和探測方面的雙重功能,通過波導(dǎo)將LED和探測器連接起來,設(shè)計出一種單發(fā)射端神經(jīng)元器件,探索光致突觸的感知能力。實驗證實,該器件能夠同時接收片內(nèi)和片外的光信號,再根據(jù)不同信號的特性加以區(qū)分。其次,利用多發(fā)射端的InGaN/GaN多量子阱二極管器件,探索當多個突觸前端同時發(fā)送刺激信號時,突觸后端的時空相關(guān)性,通過空時疊加分析類腦器件記憶功能的原理。實驗結(jié)果表明,當三個輸入端分別發(fā)送不同的重復(fù)周期信號時,在突觸后端由于空時疊加的特性使得接收到的信號幅度明顯增強,并產(chǎn)生周期性的共振現(xiàn)象,這種現(xiàn)象表明不同突出前輸入信息號之間具有時空相關(guān)性;突觸后EPSV幅度的增強使得EPSV信號的持續(xù)時更長,即記憶時間更長。最后,探索光致突觸器件邏輯計算功能。利用一個多發(fā)射端器件,探索其在空間疊加、空時疊加時的邏輯實現(xiàn)方案。實驗結(jié)果表明,加上合適的判決門限后,光致突觸器件不僅能夠?qū)崿F(xiàn)“或”、“與”等簡單的邏輯功能,還能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜的多電平邏輯判決,這表明該器件在大規(guī)模集成后具有實現(xiàn)復(fù)雜邏輯計算潛能。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN312.8;TN40
【圖文】：

郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章 GaN 基光致突觸芯片的設(shè)計、仿真與制備，還是有局部光指向有上傾和下傾兩種可能，即波矢量k 不是唯一確定的，波矢量在 的分量是1 1 0cosxK n K ，其中有兩個值是不確定的。然而波矢量在 z 方向的分量確一確定的1 1 0sinzK n K ，這個量在光線傳播過程可以看作成一個不變量，一般稱之為常數(shù)，用 來表示1 0 1 0 n K sin n Kcos (2.1)因為光在波導(dǎo)中傳播要想保證傳播質(zhì)量就必須要滿足全反射條件，即2 1sin n n，所 必須滿足以下條件2 0 1 0n K n K(2.2

圖 2.2 直波導(dǎo)的 Rsoft 仿真結(jié)果.3 是對一個激光器器件的 BPM 仿真結(jié)果圖，以波長為 452nm 的高斯光作為光源波導(dǎo)的傳輸特性進行了仿真。圖 2.3(a)展示的是光在波導(dǎo)中傳播的場分布仿真40μm 長的錐形波導(dǎo)將片內(nèi)發(fā)的光從 10μm 寬的 InGaN 波導(dǎo)引至 4μm 寬的傳輸中可以看出在定向耦合器處產(chǎn)生明顯光耦現(xiàn)象。圖2.3(b)、(c)、(d)、(e)分別是在Z=、Z=230μm、Z=335μm 時，X-Y 平面場分布圖。對比圖(b)和圖(c)可以看出，相m 的波導(dǎo)，高斯光沿著寬度為 4μm 的波導(dǎo)傳播時在底板上沿著水平方向傳播的利于定向耦合器的光耦合，同時也可以看出光沿著水平方向傳播是逐漸衰減的出當光傳播到 Z=230μm 時，通過底板從光輸入波導(dǎo)傳輸?shù)今詈喜▽?dǎo)，實現(xiàn)了光以清晰的看出在 Z=335μm 時，光完全通過耦合波導(dǎo)在傳輸。圖(f)是耦合距離從 1耦合效率仿真圖，可以看出隨著耦合距離的增大，耦合效率在不斷下降，這和場分布圖相吻合。兩種仿真結(jié)果來看，BPM 和 FullWAVE 兩種仿真模式對于簡單直波導(dǎo)來說沒有

一個耦合波導(dǎo)的傳輸特性進行了仿真。圖 2.3(a)展示的是光在波導(dǎo)中傳播的場分布仿真 X-Z平面圖，40μm 長的錐形波導(dǎo)將片內(nèi)發(fā)的光從 10μm 寬的 InGaN 波導(dǎo)引至 4μm 寬的傳輸波導(dǎo)中，從圖中可以看出在定向耦合器處產(chǎn)生明顯光耦現(xiàn)象。圖2.3(b)、(c)、(d)、(e)分別是在Z=1μm、Z=100μm、Z=230μm、Z=335μm 時，X-Y 平面場分布圖。對比圖(b)和圖(c)可以看出，相比寬度為 10μm 的波導(dǎo)，高斯光沿著寬度為 4μm 的波導(dǎo)傳播時在底板上沿著水平方向傳播的更明顯，更有利于定向耦合器的光耦合，同時也可以看出光沿著水平方向傳播是逐漸衰減的。圖(d)可以看出當光傳播到 Z=230μm 時，通過底板從光輸入波導(dǎo)傳輸?shù)今詈喜▽?dǎo)，實現(xiàn)了光耦合。圖 (e)可以清晰的看出在 Z=335μm 時，光完全通過耦合波導(dǎo)在傳輸。圖(f)是耦合距離從 1.5 μm到 4μm 的耦合效率仿真圖，可以看出隨著耦合距離的增大，耦合效率在不斷下降，這和圖(c)光傳播的場分布圖相吻合。結(jié)合兩種仿真結(jié)果來看
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本文編號：2847702