| 研究課題/領域番号 |
19K04484
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
福地 厚 北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (00748890)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 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 / ニューロモルフィックデバイス / プローブ顕微鏡 / 抵抗変化型メモリ / 酸化タンタル / 酸化物薄膜 / シナプス素子 / 金属酸化物 / 薄膜 / 抵抗変化メモリ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
金属酸化物における電場印加による欠陥移動とそれに伴う電気抵抗変化を、脳型コンピューティングにおける人工シナプス素子の動作原理として応用する試みが近年盛んである。一方でこれらのシナプス型の抵抗変化現象では、その物理的な動作機構が明確化に至っておらず、実用化に向けた特性向上が困難な状況となっている。本研究課題では、各種の抵抗変化酸化物で原子レベルの平坦性を持つ超平坦薄膜を新たに開発し、シナプス型動作時における欠陥移動と電流分布変化をプローブ顕微鏡計測によって原子スケールで精密に評価する事で、シナプス型抵抗変化の物理機構を解明するとともに、実用に適する新規な人工シナプス材料の提案を目指す。
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| 研究成果の概要 |
電場印加によりイオン移動に基づく抵抗変化現象を示す事が知られるアモルファス金属酸化物において、原子レベルの表面平坦性を持つ超平坦薄膜を作製し、そのプローブ顕微鏡解析を通じて、人工シナプス素子の動作原理として知られるアナログ型(連続的)抵抗変化現象の物理機構を評価した。作製した超平坦a-TaOx薄膜では、実デバイスと同様の各種のアナログ抵抗変化現象がプローブ顕微鏡測定において直接的に観測され、またその際のイオン移動を数Åの分解能で観察する事に成功した。観測されたイオン移動機構を基に、未解明現象であったアナログ抵抗変化現象に対して、その発現機構を駆動力・化学組成などの観点で明確化する事が出来た。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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