多次元情報生体的処理システムの研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07248105
• 研究種目: 重点領域研究
• 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: 柴田 直 東北大学, 工学部, 助教授 (00187402) ; 岩田 穆 広島大学, 工学部, 教授 (30263734) ; 米津 宏雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90191668) ; 鳳 紘一郎 東京大学, 工学部, 教授 (60211538) ; 雨宮 好仁 北海道大学, 工学部, 教授 (80250489)
• キーワード: ニューロデバイス / 強誘電体 / 4端子デバイス / 適応学習 / 不揮発性メモリ

研究概要

本年度は生体的情報処理に関して以下の成果が得られた。
1)強誘電体をゲート絶縁膜に用いた適応型FETの作製を種々の方法により検討した。その結果、Si基板上にSrTiO_3膜をバッファー層としてPbZr_<1-x>TixO_3(PZT)膜を形成する方法、Si基板上にBaMgF_4膜を形成する方法、PZT膜上に酸化物半導体であるZnO膜を形成する方法に関して、メモリ効果が確認できた。
2)生体の脳の入口にある最も基礎的な特徴抽出機能を、学習による自己組織化で実現することを図った。その結果、特性に標準的なばらつきがあっても、線分の傾きを検出する特徴抽出機構が高い確率で形成される手法を見いだした。さらに、シナプス結合の機能をデバイス・回路に凝集することが進んだ。
3)npnトランジスタと直列容量から成る系を交流駆動した場合のカオスを諸条件の下に測定し、その生体機構をSPICEシミュレーションならびにトランジスタの物理的モデルに基づく解析的表現によって説明することに成功した。これを用いて、条件に応じてカオスを出力するBiCMOS回路を考案し、その動作をシミュレーションによって確認した。
4)ニユーロンMOSを用いた実時間認識システム実現のための基本的なハードウェアを開発し、テストチップの試作により基本動作を確認した。先ずキャプチャした画像から抽出された、特徴量で構成される10〜20次元程度のアナログ特徴ベクトルを、過去の経験をやはりベクトル量として記憶している超大容量メモリ(VAST MEMORY)と完全パラレル処理で照合する。そして、最小距離の探索を100nsec程度で完了してしまうハードの実現をねらっているが、ここで用いる距離演算器、minimum search回路、そしてVAST MEMORYのためのread-verify動作不要のアナログEEPROMメモリらを開発した。

研究成果

• [文献書誌] Shun-ihiro OHMI, Eisuke TOKUMISU and Hiroshi Ishiwara: "Contactkess Measurement of Electron Mobility in Ferroelectric Gate High-Electron-Mobility Transistor Structures" Jpn, J. Appl. Phys.34. L603-L605 (1995)
• [文献書誌] Eisuke TOKUMISU, Kensuke ITANI, Bum-Ki MOON and Hiroshi Ishiwara: "Crystalline Quality and Electrical Properties of PbZr_xTi_<1-x>O_3Thin Films Prepared on SrTiO3-Cobered Si Substrates" Jpn, J. Appl. Phys.34. 5202-5206 (1995)
• [文献書誌] B K. Moon and H. Ishiwara: "Formation and electrical properties of heteroepitaxial SrTiO_3/SrVO_<3-x>/Si(100)strictires" Appl. Phys. Lett.67. 1996-1998 (1995)
• [文献書誌] Shun-ihiro Ohmi, Eisuke Tokumitsu, Hiroshi Ishiwara: "Characterization of ferroelectric BaMgF_4 films grown on AlGaAs/GaAs(100)high-electron-mobility transistor structures" Journal of Crystal Growth. 150. 1104-1107 (1995)
• [文献書誌] T. Irita, T. Tsujita, M. Fujishima and K. Hoh: "Physical Mechanism of Chaos in Thyristors and Coupled-Transistor Structures" Jpn. J. Appl. Phys.34. 1409-1412 (1995)
• [文献書誌] T. Irita, M. Fujishima and K. Hoh: "Analysis of Chaos in Capacitance-npn-Transistor Pair and Its Application to Neuron Element" Extended Abstracts of 1995 International Conference on Solid State Devices and Materials. 243-245 (1995)
• [文献書誌] K. Tsuji, H. Yonezu, and J. K. Shin.: "Topological Mapping Formation in a Neural Network with Variation of Device Characteristics" Int. Conf. on Microelectronics for Neural Networks and Fuzzy Sustems.(1996)
• [文献書誌] K. Hosono, K. Tsuji, K. Shibao, H. Yonezu, E. Io. N. Ohshima, and K. Pak: "Fundamental Device and Circuits for Synaptic Connections in Self-Organizing Neural Networks" IEICE Trans. Electron. ,. (印刷中). (1996)
• [文献書誌] K. Tsuji, H. Yonezu, K. Hosono, K. Shibao, N. Ohshima, and K. Pak.: "An Optical Adaptive Device and Its Application to a Competitive Learning Circuit"" Jpn. J. Appl. Phys. ,. 34. 1056-1060 (1995)
• [文献書誌] T.Shibata, T. Nakai, N. Yu, Y. Yamashita, M. Konda, and T. Ohmi: "Advances in Neuron-MOS Applications" 1996 ISSCC Dig. Technical Papers.18.4. (1996)
• [文献書誌] T. Shibata, M. Konda, Y. Yamashita, T. Nakai, and T. Ohmi,: "Neuron-MOS-Based Association Hardware for Real-Time Event Recognition," Proceedings of MicroNeuro'96.(1996)
• [文献書誌] Y. Yamashita, T. Shibata, and T. Ohmi: "Write/Verify Free Analog Non-Volatile Memory Using a Neuron-MOS Comparator." ISCAS'96.(1996)
• [文献書誌] M. Konda, T. Shibata, and T. Ohmi: "Neuron-MOS Correlator based on Manhattan distance Computation for Event Recognition Hareware." ISCAS'96.(1996)