| 研究課題/領域番号 |
24360128
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
高橋 庸夫 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (90374610)
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| 研究分担者 |
有田 正志 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (20222755)
小野 行徳 富山大学, 大学院・理工学研究部, 教授 (80374073)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 少数電子素子 / 抵抗変化素子 / 電子デバイス・機器 / 先端機能デバイス / 省エネルギーデバイス / 揺らぎ許容デバイス / フレキシブルデバイス / 量子情報処理デバイス |
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| 研究概要 |
ナノドットアレイを用いた単電子パルスニューロン回路などのフレキシブルで冗長なシステム構築に向けて、その高速動作性に関して検証した。単電子デバイス独特の整流作用に注目し、新たな評価方法を編み出し、検討した。その結果、単電子デバイスは、高インピーダンスデバイスのため動作速度が遅いと言われてきていたが、この広く知られている予測に反して、整流作用に遮断周波数は存在せず、超高周波であるTHz(テラヘルツ)波でも整流可能であるという、新たな知見を得た。予測外ではあるが、本研究にとっても好都合な上に、次世代の通信技術として期待される超高周波応用の新たな応用の可能性を示唆する結果である。
ナノドットアレイを用いたフレキシブル論理回路に関して、そのドットの配置と実現できる論理関数の関係について2入力の論理回路をベースに理論的に検討を進め、ドットサイズ揺らぎに強い論理回路とするためには、ドットが並列且つ直列の接続を多数持つことが必要であることを明確にした。同時に、新たな機能性の創出を目指して、ナノドットのサイズが小さいことと、その中に内包される電子数が少ないことによって現れる量子効果について検討し、多数のゲート電極が配置されたドットでは、複雑なゲート電圧による変調効果が得られることを示した。
抵抗変化メモリ(ReRAM)素子の検討では、各種の金属酸化物材料を検討した中で、WOx、MoOx、CoOx、NiOxにおいてメモリ動作特性が得られた。その安定性と機能応用としての使いやすさから、WOx、MoOxを選定し、基本特性評価、繰返し耐性、高速応答性などについて検討を開始した。加えて、ReRAMの将来の実用化に向けての最大の障壁となっている動作原理の解明を確実に行うため、透過型電子顕微鏡内でのReRAM動作とその場観察実現に向けて、サンプル作成法を検討し、見通しを得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
ナノドットを用いたデバイスの高速動作性の検討では、整流特性が周波数の上限無く生じることを見出した。本研究にとって好都合であることは言うまでもなく、いわゆるテラヘルツ領域と呼ばれる新たな超高周波領域での応用に道を開く結果出を得ることができた。加えて、ナノドットアレイやその機能性向上に向けての検討と、ReRAMの実用に向けた問題解決を含めての基本的な研究課題をクリアした。
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| 今後の研究の推進方策 |
ReRAM-ナノドットアレイ連携の前に、SiMOSFETとの連携を実現するため、この構成デバイスを試作可能とし、加えて高信頼化へ向けて動作原理解明を行う。ナノドットアレイの高機能化のための量子効果の検討を行う。
本研究遂行中に見出した、単電子デバイスの超高周波応用に関しては、共同研究により推進する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
ReRAMデバイスとMOSFETとの連携実現のため、次年度は、ReRAMデバイスの完成度を高めるための試作装置の整備のために必要な装置群の購入を予定している。加えて、測定評価系のさらなる高度化のための評価装置の改良部品を購入する予定である。今後も、成果発表やデバイス試作継続に経費を用いていく。
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