単電子トンネリング現象を利用した集積化神経回路に関する基礎的研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11750279
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 茂雄 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (10282013)
• キーワード: 単電子トンネリング / ニューラルネットワーク / SET / 電子ビーム露光 / 斜め蒸着法

研究概要

単電子デバイスにより構成されるニューラルネットワークの実現を目的として、確率的な単電子トンネリング現象を数値シミュレーションによって解析した。前年度に得られた成果を基にSETトランジスタを基本としたニューロン、シナプス両回路を実現し、ネットワークの動作を確認した。4クイーン問題などの最適化問題を対象として、所望の動作が実現されることを確認した。動作温度やキャパシタンスの大きさなどに依存して、協同トンネリング現象の発生確率が大きく変わりその結果最適解への収束確率も大きく変化する様子を調べた。動作温度を室温とした場合に必要とされるパラメータ(キャパシタンスや電源電圧の大きさ、回路構成など)を最適化し、これら結果を国際会議で発表した。以上から、単電子デバイスを用いたニューラルネットワーク設計手法を確立した。デバイス製作においては、単電子デバイスの製作のために必要不可欠の基本技術である電子ビーム露光装置を利用したリソグラフィー技術、薄いトンネル酸化膜形成作製技術、電子ビーム斜め蒸着法を用いた微小接合形成技術等の確立を図った。これら技術を用いてAl-AlOx-Alのトンネル接合を形成し、その基本特性を調べた。以上により、単電子デバイス製作上の基礎技術を確立した。

研究成果

• [文献書誌] T.Harada et, al.: "New Nonvolatile Analog Memories for Analog Data Processing"Japanese Journal of Applied Physics. 39・4B. 2291-2296 (2000)
• [文献書誌] M.Kinjo et, al.: "Characteristics of Small Scale Non-Monotonic Nearin Networks Having Large Potentiality for Learning"Proc.of Int.Joint.Conf. on Neural Networks. WE1-4 (2000)
• [文献書誌] S.Sato et, al.: "Hardware Neural Networks with Single Electron Transistors"Proc.of Int.Symp.on Nonlinear Theory and its Applications. 1. 409-412 (2000)
• [文献書誌] Y.Katayama et, al.: "Implementation of a Large Fan-in Majority Circuit"Proc.of Int.Symp on Nonlinear Theory and its Applications. 1. 413-416 (2000)