[发明专利]一种光子神经元器件单元及光子神经计算器件

权利要求书

1.一种光子神经元器件单元，其特征在于，是由波导、神经元材料上、下组合形成的片上光子器件结构，其中：

所述光子神经元材料选自S、Se、Sb、Te，其化学通式为 M_x（S_aSe_bSb_cTe_d）_1-x，其中，M为掺杂材料，且，0≤x≤0.5； a+b+c+d=1；

所述光子神经元材料，具有双向转变特性，即对光的传输方向无选择性；

所诉光子神经元材料，在光强达到预设值时可实现瞬态的光吸收率/透过率，撤去光强后自发回到初始态；

所述光子神经元材料，在操作前为非晶态或晶态，当施加的光强超过阈值时，部分或全部材料会转变为熔融的液态，产生光吸收率/透过率变化，实现神经元功能；

所述光子神经元材料，在光强撤去后，液态材料转变为最初结构态，实现自发的单元重置功能，即发生非晶态-液态-非晶态或者晶态-液态-晶态转变；

所述光子神经元的光响应时间小于500 ns；

所述光子神经元的可循环次数≥10⁶次。

2.根据权利要求1所述的光子神经元器件单元，其特征在于，所述光子神经元材料中，掺杂材料M选自C、H、N、Al，或者选自氧化物、氮化物。

3.根据权利要求1或2所述的光子神经元器件单元，其特征在于，所述光子神经元材料上方增加有一层保护层，保护层材料选自ITO、SiO₂、Al₂O₃、HfO₂介质材料。

4.根据权利要求1或2所述的光子神经元器件单元，其特征在于，所述波导材料为SiN、Si、LiNbO₃中的一种，在所用光波段具有透明窗口。

5.根据权利要求1或2所述的光子神经元器件单元，其特征在于，还加入有电极，形成波导/下电极/神经元材料/上电极结构，通过电或者热激励改变材料状态，对光进行调控，实现光子神经元功能。

6.根据权利要求5所述的光子神经元器件单元，其特征在于，所述下电极、上电极材料是在所用光波段是透明的电极材料，或者是吸收弱且不受光强/温度影响的电极材料；具体选自ITO、石墨烯、碳纳米管。

7.根据权利要求1、2或6所述的光子神经元器件单元，其特征在于，通过电或热刺激，实现非晶态-液态-非晶态或者晶态-液态-晶态的易失性转变。

8.根据权利要求1、2或6所述的光子神经元器件单元，其特征在于，通过光吸收产生的热、电产生的焦耳热、以及热场直接加热中至少一种，以实现材料从非晶态/晶态到液态的转变。

9.一种由权利要求1-8之一所述光子神经元器件单元实现的光子神经计算器件，其特征在于，由依次连接的光子神经计算单元组成；所述光子神经计算单元，其结构包括：前置的光子神经突触单元和光子神经元器件单元；其中：

所述前置的光子神经突触单元是相变光子器件单元、热光调制器或电光调制器，或者由上述光子器件组合构成；

所述前置的光子神经突触单元，用于对光信号进行调制，通过波导复用后传递到所述光子神经元器件单元；

所述前置的光子神经突触单元至少为1个；

所述光子神经元器件单元通过波导直接与下一个光子神经计算单元中的前置神经突触单元相连接；以此类推，构建大规律神经计算网络。

10.根据权利要求9所述的光子神经计算器件，其特征在于，所述光子神经突触为非易失的相变光子突触、热光效应突触和电光效应突触中的一种或几种。