電子デバイスにおける自己学習機能の創出とニューラルネットへの応用

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04402035
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 石原 宏 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (60016657)
• 研究分担者: 會澤 康治 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (40222450) ; 浅野 種正 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (50126306) ; 徳光 永輔 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (10197882)
• キーワード: ニューラルネット / 強誘電体 / Si / 自己学習 / 適応学習 / MISFET

研究概要

本年度は(1)シリコン(Si)基板上への強誘電体薄膜の作製、(2)強誘電体を用いた適応学習型ニューロデバイスの試作について検討した。
(1)については、PZT(PbZr_XTi_<1-X>O_3)およびBaMgF_4薄膜をSi基板上へ形成し、その結晶性、強誘電特性を評価した。PZTについては、構成元素である鉛(Pb)がSiと反応しやすいため、Si基板とPZT薄膜との間に高誘電体のSTO(SrTiO_3)をバッファ層として導入することを提案した。この手法により、Si(100)、(111)基板上へそれぞれ(100)、(111)方向に強く配向した結晶性の良好なPZT薄膜の形成に成功した。さらに分極型の容量-電圧特性を得ることができた。BaMgF_4については、膜の平坦性を改善し、リ-ク電流を低減することで、Pt上およびSi基板上で、強誘電特性をもつ薄膜の作製に成功した。Si(111)基板上に形成したBaMgF_4は、_〈120_〉方向に優先配向し、残留分極が約1μC/cm^2であったのに対し、Si(100)基板上では_〈010_〉方向に優先配向するため、強誘電特性は観測されなかった。以上より、PZT、BaMgF_4ともに適応学習型ニューロデバイスへの応用が期待できることを明らかにした。
(2)については、PZTキャパシタと通常のMOSトランジスタを組み合わせることによって等価的に適応学習型ニューロデバイスを実現し、その電気的特性を測定した。当初予想したように強誘電体の分極によるヒステリシス曲線を観測し、適応学習型ニューロデバイスの動作原理が実現可能なことを実験的に示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Ishiwara: "Neurodevices using ferroelectric thin films on Si" Proc.of Intern.Cont.on Advanced Microelectronic Devices and Processing. 729-733 (1994)
• [文献書誌] 石原宏: "強誘電体薄膜のニューロデバイスへの応用" 応用物理. 63[11]. 1147-1150 (1994)
• [文献書誌] E.Tokumitsu,N.Tanisake.K.H.Kim,and H.Ishiwara: "Partial switching in ferroelectric PZT thin films for adaptive-learning MFSFETs" Proc.of Intern.Cohf.on Advanced Microelectronic Devices and Processing. 637-640 (1994)
• [文献書誌] E.Tokumitsu,N.Tanisake,Hiroshi Ishiwara: "Partial switching kinetics of ferroelectric PZT thin films prepared by sol-gel technique" Jpn.J.Appl.Phys.33[9B]. 5201-5206 (1994)
• [文献書誌] K.Aizawa and H.Ishiwara: "Electrical properties of ferroelectric BaMgF_4 films on Si substrates" Jpn.J.Appl.Phys.33[9B]. 5178-5181 (1994)
• [文献書誌] S.Ohmi,E.Tokumitsu,H.Ishiwara: "Characterization of ferroelectric BaMgF_4 films grown on AlGaAs/GaAs (100) HEMT structures" J.Crystal Growth. (印刷中). (1995)