2021 Fiscal Year Research-status Report
Neuromorphic device with an memristor array using diarylethenes
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21K05214
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| Research Institution | Osaka Kyoiku University |
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Principal Investigator |
辻岡 強 大阪教育大学, 教育学部, 教授 (30346225)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ジアリールエテン / ニューロモルフィック / クロスバー電極 / 金属蒸着選択性 / フッ素系有機材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、まずジアリールエテン（DAE）へのキャリア注入による異性化とそれに基づく抵抗変化、ならびにDAEの金属蒸着選択性に基づいたレーザー走査によりクロスバー電極構造の３次元積層構造の可能性について研究を行った。DAEのキャリア注入異性化に関しては、以前の研究結果を再現できメモリスター素子としての可能性を確認した。
一方、クロスバー電極に関しては、DAEの蒸着選択性を利用し、UVレーザー走査とマスクレスMg蒸着によって、最小幅３ミクロンの電極幅を50ミクロンピッチで構成し、４層構造までの３Dクロスバー電極構造の構成に成功した。この原理を繰り返し用いれば、さらなる多層化も可能である。
電極材料としては、Mgよりもより化学的に安定で電気伝導度の大きなAgやAuなどが望まれる。そこでMgではなく高電気伝導性を有する金属種への蒸着選択性の拡張性に関する研究を行った。DAE以外の材料としてフッ素系有機膜が、蒸着選択性の核心となる金属脱離現象を起こしやすいことが判明した。フッ素系有機膜は低表面エネルギーを有するが、トータルの表面エネルギーではなく、そのLondon分散成分が小さいことが重要な因子であることが解明された。
シランカップリング部位を有しパーフルオロアルキル鎖をもつフッ素化合物では、強固な単層レベル（数nm）の膜が形成可能であり、かつ表面エネルギーも小さくできるが、Aｇなどの金属は堆積しやすい傾向を示し、サブミクロンレベルの膜厚を有する場合に金属非堆積性が向上することが判明した。
単層レベルの膜ではシランカップリングにより分子は基板に固定されて動くことができないが、膜厚を厚めにすると単層膜の上に重合膜が積層することになるため、表面分子はより動きやすくなることが考えられる。大きな分子移動度が表面拡散する金属原子の核形成を抑制しているものと考えられる。
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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
当初の計画ではDAEメモリスター素子の特性を詳細に調べることであったが、フッ素系有機膜表面での多種金属の脱離現象を発見し、メモリスターを用いたニューロモルフィックデバイス以外のエレクトロニクス分野を含めた幅広い範囲の様々なメタルパターン作成に展開できることからこのように判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
フッ素系有機膜表面での金属脱離現象には、まだ未解明な部分があるので、この研究に注力する。そして当初予定していたニューロモルフィックデバイスのクロスバー電極積層構造への応用可能性を探求する。
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| Causes of Carryover |
年度末に真空蒸着装置の改造を予定していたが、原油高とウクライナ紛争の関係で業者における材料の入手が遅延した。この改造は次年度に行う予定である。
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