氧化钨基忆阻器的制备方法及目标跟踪系统

本发明涉及忆阻器，具体为氧化钨基忆阻器的制备方法及目标跟踪系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、忆阻器是表示磁通与电荷关系的电路器件，能够用于实现类脑突触的仿生功能，从而打破处理单元和存储单元之间的界限，从而实现生物特征信号识别、图像处理以及仿生视觉捕捉的目标跟踪功能。

3、目前，忆阻器存在以下问题：

4、(1)大部分忆阻器在制备时所需的材料价格昂贵、技术成本高、制备的工艺复杂。

5、(2)多数忆阻器性能不稳定，薄膜制备不均匀，可重复性不高，无法满足构建人工神经网络所需要的稳定的突触性能以及多重的可调节的阻态。

6、(3)多数忆阻器的神经突触特性中的长时程增强(ltp)和长时程抑制(ltd)特性难以具有很高的线性度。

7、(4)多数忆阻器对于实现类脑突触仿生功能仅仅局限于脑电信号、心电信号、声音信号以及脉搏信号等生物特征信号的识别或者手写数字体识别、人脸识别以及图像处理等图片识别，无法对人脑实现更高级别的认知功能进行模拟。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供氧化钨基忆阻器的制备方法及目标跟踪系统，使忆阻器的性能稳定，制备工艺简单，重复性高，薄膜均一性良好，通过改变制备时的氧气气氛使得金属离子的价态发生了改变，同时增加了大量氧离子和氧空位，便于实现多级阻态调控以及忆阻行为的调制。所制备器件的神经突触特性中的ltp和ltd特性具有很高的线性度，利用此特点构建人工神经网络实现了目标跟踪的功能，将一段视频输入到已经训练好的神经网络模型中，并在视频的第一帧对需要追踪的目标进行标定，该神经网络模型便可以对这段视频的每一帧的目标进行跟踪，并且可以对快速移动的目标、被遮挡的目标以及高度相似的目标进行跟踪。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供氧化钨基忆阻器的制备方法，包括以下步骤：

4、氧化铟锡玻璃经清洗设定时间，得到底部电极；

5、钨靶通过直流磁控溅射在底部电极上生长得到氧化钨膜，形成第一阻变层；

6、氧化铟镓锌靶通过射频磁控溅射在第一阻变层上生长得到氧化铟镓锌薄膜，形成第二阻变层；

7、银靶通过覆盖掩模板和直流磁控溅射得到银顶电极，形成顶部电极。

8、还包括测试，具体为：将制备的氧化钨基忆阻器基于设定参数的正向电压脉冲与负向电压脉冲条件下进行测试。

9、还包括性能调节，具体为：通过改变阻变层制备过程的制备参数以及测试过程的测试电压脉冲参数，调节氧化钨基忆阻器的神经突触特性中的长时程增强(ltp)特性和长时程抑制(ltd)特性的线性度。

10、氧化铟锡玻璃经清洗得到底部电极，具体为：氧化铟锡玻璃依次通过乙醇和去离子水经超声清洗设定时间后，得到底部电极。

11、阻变层制备过程的制备参数，包括：

12、得到氧化钨薄膜时的ar2与o2气体流量，分别为20-30sccm与10-20sccm；

13、得到氧化钨薄膜的直流功率，设置为80-100w；

14、得到氧化钨薄膜的沉积时间，设置为10-20min；

15、得到氧化铟镓锌薄膜的ar2与o2气体流量，分别为20-30sccm与2-5sccm；

16、得到氧化铟镓锌薄膜的射频功率，设置为100-120w；

17、得到氧化铟镓锌薄膜的沉积时间，设置为10-20min。

18、测试过程的测试电压脉冲参数，包括：

19、正电压脉冲幅度为1.5v-2.3v，负电压脉冲幅度为-1.3v--2.3v；

20、正负电压脉冲个数为100-500个。

21、本发明的第二个方面提供基于上述方法制备得到的氧化钨基忆阻器，包括：

22、由下至上依次布置的底部电极、阻变层以及顶部电极，阻变层包括，靠近底部电极的第一阻变层和靠近顶部电极的第二阻变层；

23、底部电极为氧化铟锡玻璃，第一阻变层为氧化钨薄膜，第二阻变层为氧化铟镓锌薄膜，顶部电极为银顶电极。

24、本发明的第三个方面提供基于上述氧化钨基忆阻器构建的目标跟踪系统，包括：

25、骨干网络单元，配置为：获取图像的当前帧和历史帧并提取特征，得到当前帧特征和历史帧特征及对应的前景标签映射，输入到时间显著注意力网络单元中；

26、时间显著注意力网络单元，配置为：获取骨干网络单元提取的图像当前帧特征和历史帧特征，通过目标显著模块增加目标特征权重，通过内存模块筛选当前帧与历史帧中相似的特征，拼接目标显著模块和内存模块的输出并发送给分类回归网络单元；

27、分类回归网络单元，配置为：获取时间显著注意力网络单元中，目标显著模块和内存模块拼接后的输出，确定目标位置。

28、骨干网络单元、时间显著注意力网络单元和分类回归网络单元形成神经网络模型，利用数据集进行训练，以获得所需的权重，利用氧化钨基忆阻器神经突触特性中的长时程增强特性和长时程抑制特性将权重归一化，并映射到神经网络模型中的权重值进行权重值替换，并进行测试得到训练完毕的神经网络模型。

29、训练完毕的神经网络模型基于视频的第一帧对所需的目标进行标定，对视频每一帧中的目标进行跟踪。

30、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

31、1、制备工艺方面，两层阻变层和顶部电极分别采用不同类型的磁控溅射工艺，使得制备得到的薄膜均匀、工艺简单、成本低廉并且可大面积制备，使得制备的氧化钨基忆阻器薄膜具有很高的均一性以及具有良好的神经突触特性。

32、2、性能方面，通过改变阻变层结构、阻变层制备过程的制备参数以及测试过程的测试电压脉冲参数，提高了氧化钨基忆阻器的神经突触特性中的长时程增强(ltp)和长时程抑制(ltd)特性的线性度，使得基于氧化钨基忆阻器的目标跟踪系统具有良好的准确率。

技术特征：

1.氧化钨基忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的氧化钨基忆阻器的制备方法，其特征在于，还包括测试，具体为：

3.如权利要求1所述的氧化钨基忆阻器的制备方法，其特征在于，还包括性能调节，具体为：

4.如权利要求1所述的氧化钨基忆阻器的制备方法，其特征在于，氧化铟锡玻璃经清洗得到底部电极，具体为：

5.如权利要求1所述的氧化钨基忆阻器的制备方法，其特征在于，制备阻变层时的参数，包括：

6.如权利要求2所述的氧化钨基忆阻器的制备方法，其特征在于，测试过程的测试电压脉冲参数，包括：

7.基于权利要求1-6任一项所述制备方法得到的氧化钨基忆阻器，其特征在于，包括：

8.基于权利要求7所述的氧化钨基忆阻器构建的目标跟踪系统，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的目标跟踪系统，其特征在于，骨干网络单元、时间显著注意力网络单元和分类回归网络单元形成神经网络模型，利用数据集进行训练，以获得所需的权重，利用氧化钨基忆阻器神经突触特性中的长时程增强特性和长时程抑制特性将权重归一化，并映射到神经网络模型中的权重值进行权重值替换，并进行测试得到训练完毕的神经网络模型。

10.如权利要求9所述的目标跟踪系统，其特征在于，训练完毕的神经网络模型基于视频的第一帧对所需的目标进行标定，对视频每一帧中的目标进行跟踪。

技术总结
本发明涉及氧化钨基忆阻器的制备方法及目标跟踪系统，其中氧化钨基忆阻器的制备方法，包括以下步骤：氧化铟锡玻璃经清洗设定时间，得到底部电极；钨靶通过直流磁控溅射在底部电极上生长得到氧化钨膜，形成第一阻变层；氧化铟镓锌靶通过射频磁控溅射在第一阻变层上生长得到氧化铟镓锌薄膜，形成第二阻变层；银靶通过覆盖掩模板和直流磁控溅射得到银顶电极，形成顶部电极。使忆阻器的性能稳定，制备工艺简单，重复性高，薄膜均一性良好，通过改变制备参数和测试参数，便于实现多级阻态调控以及忆阻行为的调制，基于此忆阻器搭建的目标跟踪系统能够实现类脑突触仿生功能，可广泛应用于模拟人脑实现更高级别的认知功能。

技术研发人员：李阳,吴彤,钱凯,姚钊
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11