[发明专利]三维堆叠式神经元装置及制备方法

权利要求书

1.一种三维堆叠式神经元装置，其特征在于，包括：

至少一个神经元单元；

至少一个神经突触单元堆叠于神经元单元之上；

每个所述神经元单元均包括：

一个衬底和位于该衬底之上的一个神经元器件层；以及

一个位于所述神经元器件层之上的互连层；

每个所述神经突触单元均包括：

一个相变存储单元层和支撑相变存储单元层的一个存储单元选通层；以及

一个位于相变存储单元层之上的互连层。

2.根据权利要求1所述的三维堆叠式神经元装置，其特征在于，所述衬底为单晶硅衬底、多晶硅衬底、玻璃衬底、塑料衬底或绝缘体上硅衬底。

3.根据权利要求1所述的三维堆叠式神经元装置，其特征在于，所述神经元器件层包含的神经元电路具有多个晶体管，在神经元单元具有的互连层中设置有通过互联线耦合到晶体管各电极的多个接触端子，用作晶体管的电极导出到神经元单元外部的连接端口。

4.根据权利要求1所述的三维堆叠式神经元装置，其特征在于，所述相变存储单元层包含有相变存储单元阵列，所述存储单元选通层中设置有多个选通开关；其中，每个所述选通开关均对应与一个相变存储单元串联。

5.根据权利要求4所述的三维堆叠式神经元装置，其特征在于，神经突触单元具有的互连层中设置有通过互联线耦合到相变存储单元上、下电极的接触端子，以用作各相变存储单元的各电极导出到神经突触单元外部的连接端口。

6.根据权利要求1所述的三维堆叠式神经元装置，其特征在于，所述神经突触单元具有的存储单元籍由第一类型的脉冲信号触发转换成第一状态以及籍由第二类型的脉冲信号触发转换成第二状态。

7.根据权利要求6所述的三维堆叠式神经元装置，其特征在于，多个存储单元各自分别在第一、第二状态之间切换所表征的一个逻辑信号组传输给所述神经元单元，所述神经元单元对逻辑信号组进行权重计算产生脉冲序列串输出。

8.根据权利要求1所述的三维堆叠式神经元装置，其特征在于，由一个神经元单元之上堆叠一个或多个神经突触单元形成一个复合神经元器件，所述三维堆叠式神经元装置包含多个堆叠并且键合在一起的复合神经元器件。

9.一种三维堆叠式神经元装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在一个神经元单元之上堆叠至少一个神经突触单元；

其中制备神经元单元包括在一个衬底之上形成一个神经元器件层，并在神经元器件层之上再形成一个互连层；以及

其中制备神经突触单元包括在一个存储单元选通层的上方形成一个相变存储单元层，并在相变存储单元层之上再形成另一个互连层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

由一个神经元单元之上堆叠一个或多个神经突触单元形成一个复合神经元器件；以及在一个复合神经元器件上再堆叠并键合一个或多个复合神经元器件。