2021 Fiscal Year Final Research Report
Proposal of high-performance materials for artificial synapses via atomic-scale observations of resistive switching oxides
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19K04484
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
有田 正志 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (20222755)
高橋 庸夫 北海道大学, 情報科学研究院, 名誉教授 (90374610)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | メモリスタ / アモルファス酸化物 / 抵抗スイッチング / 走査型プローブ顕微鏡法 / 人工シナプス / 非線形伝導現象 |
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| Outline of Final Research Achievements |
To elucidate the underlying mechanisms of analog (continuous) resistive switching in amorphous metal oxides, which has gained attention as important principles of electronic synapses, atomically flat thin films of amorphous metal oxides were fabricated by the pulsed laser deposition method, and detailed probe microscopy analysis of analog resistive switching was conducted on the atomically flat surfaces. In the atomically flat amorphous TaOx films fabricated in this study, three distinct types of analog resistive switching phenomena (current-dependent set, voltage-dependent reset, and voltage-application-time-dependent switching), which have been reported in TaOx-based resistive switching devices, were directly observed by probe microscopy measurements, and the causal ion migration was visualized in angstrom scale. The observations revealed detailed pathways of the analog resistive switching in amorphous TaOx and material properties critical for analog type of switching operations.
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| Free Research Field |
酸化物エレクトロニクス
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
人工シナプス素子をはじめとするニューロモルフィック素子の研究はここ数年において極めて活発化しており、その中でもアモルファス金属酸化物が示すアナログ型の抵抗変化現象は、チップ化への適性の高さなどから人工シナプス素子の原理として応用面で特に有望視され、盛んな研究が展開されている現象である。一方でアモルファス酸化物を用いた人工シナプス素子の近年の研究開発では、その物理機構が未解明であるために十分な特性制御性が得られないことが重大課題として指摘されていたが、本研究の成果はこの問題の解決に直接的に寄与するとともに、素子性能の向上を通じて今後のニューロモルフィック工学全般の進展の一助となる事が期待される。
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