2017 Fiscal Year Annual Research Report
Field effect control of correlated electron systems for a prototype of Mott FET
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15H02113
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
井上 公 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00356502)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富岡 泰秀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (60357572)
白川 直樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究部門付 (60357241)
山田 浩之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00415762)
押川 正毅 東京大学, 物性研究所, 教授 (50262043)
渋谷 圭介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00564949)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 強相関エレクトロニクス / モットFET / ニューロモルフィック / 人工シナプス / 人工ニューロン / 酸素欠損 / 酸素同位体置換 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SrTiO3チャネルFETについて、ゲート電場がチャネルに引き起こす現象を研究しました。バルク方向に電界を印加すると、intrinsicな酸素欠損(正に帯電)がデバイ長あたりまでバルクにドリフトし、酸素欠損がいない層(「migration-induced field-stabilized polar (MFP) 層」)が形成されます。この層内では酸素欠損が動きにくいので、酸素欠損がMFP層の外側に蓄積し、MFP層を通して背面ゲートが形成されたかのような状況になります。この仮想背面ゲートによりFETの閾値が大きく減少し、本来のゲート電場が誘起できる電荷以上の電荷がチャネルに蓄積されます。さらにチャネルが２次元金属に相転移すると、酸素欠損のdiffusionが「ゆっくり」進む間は閾値がそのまま残り、電流電圧特性に巨大な履歴現象が出現するのです。この時チャネルの金属化がパーコレーション的に起こるせいで短い時間スケールで残留抵抗の値が変化します。前者のゆるやかな閾値変化を利用するとコンデンサを使わずに(これは将来の集積化に非常に有利です)電荷量の時間積分を行える素子、つまり人工ニューロンが作れます。後者の短い時間スケールの残留抵抗変化はパルス時刻依存可塑性(STDP)を示すので人工シナプスが作れます。実際にこの素子から抽出したパラメータを用いて、機械学習による文字認識のシミュレーションを行うことに成功し、電子素子の分野で最も権威のある国際会議IEDMで発表することができました。SrTiO3のLaドープ単結晶を酸素同位体置換すると、同位体置換量に応じて転移温度が上昇することが判明しました。これは通常の同位体効果とは正反対であり、強誘電体転移点付近の量子臨界現象ではないかと考えられます。強誘電体転移の量子臨界点が金属相にどのように展開するのか、今後さらに研究して行く必要があります。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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