2023 Fiscal Year Annual Research Report
Ultrafast Superlattice Phase-change Artificial Synapse
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21H01382
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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, 大学院情報学研究院, 准教授 (60359594)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | シナプス素子 / 人工知能 / 相変化材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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超高速化は極めて重要な課題である。しかし、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、革新的超格子相変化シナプス機能材料を探求した。独自に開発した動作法により人工シナプスを高速化することを目的とした。
本研究では密度汎関数法に基づく第一原理計算ソフトAdvance/PHASE4.2を用いて計算を行った。まず従来の材料GeTeやSb2Te3にNやOに添加した場合、バンドギャップはどのように変化するかを検討した。また、GeTe/Sb2Te3超格子および超格子を構成するGeTeとSb2Te3にNやOをドープした構造を第一原理計算を用いて状態密度などの物性から評価を行った。Nを添加したときはバンドギャップが閉じる傾向があり、超格子特有の相変化の性質が失われてしまったため人工シナプス素子としての応用は難しいと考えられる。O添加Reset構造では添加時には割合が多くなるにつれバンドギャップが広がる傾向があり、Set構造はOを添加してもバンドギャップがほとんど閉じため人工シナプス素子としての応用も期待できると考えられた。
相変化デバイスをプログラムするために、2つのサブパルスを持つ階段パルスを提案した。シミュレーション結果より、2番目のサブパルスは全体の素子抵抗を制御するには重要である。作製した素子にパルスを印加することによって、シナプス強度(コンダクタンス)が徐々に増加し、その後減少することを示した。この階段パルスプログラミング技術は、シナプス強度を精密に制御できる可能性を示した。また、nsオーダーでの高速制御が可能であった。
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| Research Progress Status |
令和5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 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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