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本研究では、決定論的ドーピング法の注入可能な元素の多様化を図り、制御された単一ドーパントが動作を支配する単ドーパント回路を開発すると共に、脳におけるパルス伝導・積和・閾値演算を量子効果により抽象化・具現化して極低電力・並列機能演算を行う脳型量子回路の実現を目的として、原子レベルでのプロセス、デバイス開発から回路・システムまで、階層に跨がるチームにより、革新的情報処理システムの基盤構築を目指している。平成30年度は、以下の研究項目に取り組んだ。
(1) 決定論的ドーピング法におけるゲルマニウム-空孔複合体量子準位系の形成
決定論的ドーピング法によりゲルマニウムを注入し、続く酸素イオン注入によって形成される新たな量子準位系「ゲルマニウム-空孔複合体」に着目し、密度汎関数法による電子状態計算を行った。その結果、バンドギャップ中に深い準位が形成されると共に、波動関数が局在化することで、室温において電子トラップとして機能することを初めて確認した。これにより、新たな量子準位系が設計可能となり、室温で単一ドーパントに基づく量子輸送の可能性が拓けた。
(2) 量子ドットネットワーク単ドーパント回路の設計と構築
実デバイスのパラメーターを反映させたシミュレーター開発を平成29年度のものから一段階進めた。具体的には、単ドーパントを量子ドットとし、トンネル接合を介してネットワーク化した単電子回路（単ドーパント回路）によるニューラルネットワーク回路を設計し、モンテカルロシミュレーションによって、動作確認を行った。その結果、熱ノイズ、及びデバイスパラメーターゆらぎを言わば味方に付けることで、正常な回路動作が得られることを確認した。これにより、単ドーパントに基づく量子ドットネットワークで、実用的な回路を構成できることが初めて明らかとなり、本提案の有益性を示すものである。
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