Development of MEMS Neuristors via Capacitive Micromachined Transducer Technology
Kapasitif Mikroişlenmiş Çevirgeç Teknolojisiyle MEMS Nöristörlerin Geliştirilmesi
- Tez No: 936544
- Danışmanlar: PROF. DR. BARIŞ BAYRAM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Teknoloji odaklı uygulamalara artan talep, önemli ölçüde hesaplama kaynakları gerektirmektedir. Ancak, geleneksel transistör tabanlı analog ve dijital elektronik sistemler, enerji verimliliği ve ölçeklenebilirlik açısından sınırlamalara sahiptir. Beyin esinli nöromorfik donanımlar umut vadeden bir alternatif sunsa da, mevcut memristör tabanlı nöristörler pratik kullanımlarını kısıtlayan güvenilirlik sorunlarını beraberinde getirmektedir. Bu çalışma, yeni nesil nöromorfik elektronikler için CMOS ile entegre edilebilir, ölçeklenebilir ve yüksek performanslı bir alternatif sunmak amacıyla kapasitif mikroişlenmiş ultrasonik çevirgeçler (CMUT) kullanan yeni bir MEMS tabanlı nöristör sunmaktadır. Bu tasarım, memristif elemanlara ihtiyaç duymadan eşik tabanlı spike üretimini mümkün kılarak güvenilirliği önemli ölçüde artırmaktadır. MEMS nöristör, katkılı polisilisyum çıkıntılar ile elde edilen CMUT çökme-kalkma histerezisini ve elektriksel temas başlangıç gerilimini (ECOV) belirleyen Fowler-Nordheim tünellemesini kullanmaktadır. Mikroüretilmiş CMUT tasarımları, ~40 V'luk ECOV değerinin aşılmasına bağlı olarak rezistif veya kapasitif modda çalışmaktadır. Çökme gerilimi ~77 V olan rezistif mod CMUT tasarımları, ortalama temas direnci 4.5 kΩ olan köpekbalığı yüzgeci tipi bir direnç davranışı sergilemektedir. Yay yumuşama etkisiyle, DC gerilimi 70-75.5 V aralığında uygulanarak rezonans frekansı 260-190 kHz aralığında ayarlanabilmektedir. Çökme gerilimi ~33 V olan kapasitif mod CMUT tasarımları ise 25-30 V DC gerilim ve 140-90 kHz frekans aralığında çalışmakta ve kalkma gerilimi ile ilişkili olarak uygulanan DC gerilime bağlı şekilde kısa ve uzun vadeli plastisite (STP, LTP) göstermektedir. Rezistif modda çalışan CMUT tasarımları doğrudan STP özelliği göstermektedir. Tasarım, deneysel ölçümler ve devre düzeyinde simülasyonlarla doğrulanmış; nöromorfik hesaplama için eşik-altı ve eşik-üstü tepkiler gösterilmiştir. MEMS nöristör, enerji verimli ve yüksek performanslı nöromorfik bilgi işlem sistemleri için önemli bir potansiyel taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
The rapidly growing demand for technology-driven applications requires substantial computational resources, yet traditional transistor-based analog and digital electronics face significant energy efficiency and scalability limitations. Although brain-inspired neuromorphic hardware offers a promising alternative, existing memristor-based neuristors suffer from reliability challenges, limiting their practical application. This study introduces a novel MEMS-based neuristor utilizing capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUTs) to provide a CMOS-integrable, scalable, and high-performance alternative for next-generation neuromorphic electronics. This design achieves threshold-based spiking without relying on memristive elements, significantly improving reliability. The MEMS neuristor utilizes collapse-snapback hysteresis in CMUTs and Fowler-Nordheim tunneling, which determines the electrical contact onset voltage (ECOV), enabled by doped polysilicon dimples. The microfabricated CMUTs operate in two distinct modes, resistive and capacitive, depending on whether the ECOV (~40 V) is exceeded. Resistive mode CMUTs, with a collapse voltage of ~77 V, exhibit a shark fin-type resistance behavior with an average contact resistance of 4.5 kΩ. Due to the spring softening effect, their resonance frequency is tunable between 260-190 kHz via DC bias (70-75.5 V). Capacitive mode CMUTs, with a collapse voltage of ~33 V, operate between 140-90 kHz with a DC bias of 25-30 V and demonstrate short- and long-term plasticity (STP, LTP) depending on the DC bias relative to the snapback voltage. Resistive mode CMUTs inherently exhibit STP. The design is validated through experimental measurements and circuit-level simulations, confirming sub- and super-threshold responses essential for neuromorphic computing. The MEMS neuristor holds significant potential for energy-efficient and high-performance neuromorphic computing systems.
Benzer Tezler
- Antakya tarihi ticaret merkezi mekansal yapı değişim ve gelişim sürecinin kent ticaret merkezi planlamasına etkinliği
The Effectiveness of spatial structural chance and development period of the historical trade center of Antakya in the urban trade planning
NEVİN TURGUT
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Şehircilik ve Bölge PlanlamaGazi ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURCAN UYDAŞ
- Ovulasyon indüksiyonu tedavisinde folliküler gelişimin ultrasonografik takibi
Başlık çevirisi yok
MERİH BAYRAM
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kadın Hastalıkları ve DoğumGazi ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜLAZIM YILDIRIM
- Sivas-Kangal yöresinde kırsal gelişme ve pazara açılma sürecindeki farklılaşmalar (bir örnek olay incelemesi)
Başlık çevirisi yok
FAHRİ ERCEM
Yüksek Lisans
Türkçe
1984
SosyolojiCumhuriyet ÜniversitesiSosyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. VAHAP SAĞ
- Makro besin elementlerinin (NPK) İzmir'de Mayıs ayında açığa dikilen 4-6 cm çevre büyüklüğündeki Gladiolus cinsine ait“hunting song”ve“Novalüx”kültür çeşitlerinin yumrularının gelişmeleri üzerine etkileri
Başlık çevirisi yok
TAHA ALİ AMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
ZiraatEge ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN HATİPOĞLU