Ultrafast Superlattice Phase-change Artificial Synapse
| Project/Area Number |
21H01382
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
イン ユウ 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (10520124)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
難波 一輝 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60359594)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
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| Keywords | 人工シナプス / 相変化 / 高速 / 超高速 / 超格子 |
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| Outline of Research at the Start |
最近、脳型システムが世界中で非常に注目されている。膨大な画像データのリアルタイムでの高速処理が強く求められ、この脳型システムの基幹部分である人工シナプスの高速化は極めて重要な課題である。シナプス機能実証の研究報告例が多くある中、学習機能の超高速化を目指した研究はほとんど報告されていない。本研究では、超格子相変化シナプス機能材料を探求し、今まで開発した動作法により人工シナプスを超高速化することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来の可逆な超高速相変化が観測されたGeTe/Sb2Te3超格子材料がシナプス機能材料として適していないと考えられる。そこで、本研究では、新しい結晶構造と機能の探索に広く使われている第一原理計算法を用い、異原子添加法により導電率が連続的に変えられる新材料を探求した。最初に、GeTe/Sb2Te3超格子材料の結晶構造モデルを作成した。計算によって最安定構造まで緩和させる後に、電子バンド構造を計算し、バンドギャップと結晶構造との関係を明らかにした。この結果に基づき、N等の進入型異原子を添加したGeTe/Sb2Te3超格子型多層膜の構造モデルを作成し、計算により電子バンド構造を求めた。これにより、添加異原子を決め、更に添加量を最適化し、シナプス機能材料としての超格子型多層膜を見出した。また、低コストで量産化に向いているスパッタリング法による高品質なGeTe/Sb2Te3多層膜の作製法が報告されている。そこで、本研究では、スパッタリング法により、第一原理計算で探求した新材料を作製した。N2が導入された超高真空中でGeTeとSb2Te3層を交互に積層し、基板上に多層材料を成膜した。N2流量制御により、適切な添加量を得ることができた。原子間力顕微鏡やX線回折装置等により作製した材料のラフネスと結晶性などを測定し、成膜挙動を解明した。また、結晶性と界面エネルギーが超格子材料の配向性を左右するので、以上の成膜挙動解明により成膜条件を最適化し、高品質な多層薄膜の作製法を確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度予定していた、超格子の第一原理の計算が順調に行うことができ、他原子添加による相変化材料のバンド構造への影響が明らかになった。また、相変化薄膜を作製し、評価した結果、従来の相変化材料への窒素添加によって、薄膜の粗さを大幅に低減させ、非常に高品質な相変化薄膜を形成できた。シナプス素子の可塑性を実現するために、窒素などの他原子添加により、抵抗率を変化させることに成功した。以上から、進捗状況はおおむね順調に進んでいると個人的に判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
予定通りに進めて行く予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(14 results)
