Development of artificial neural circuits based on solid-state ionics

基于固态离子学的人工神经电路的发展

• 批准号: 21H03412
• 负责人: 鶴岡 徹
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03412/
• 关键词: 固体イオニクス; 人工シナプス; 人工ニューロン; 知能情報処理システム; 原子層堆積法; 知能情報システム; 人工ニューロン回路; 側方抑制; エッジ検出; 固体電解質; 固体電解質薄膜; 人工シナプス・ニューロン回路

リチウム（Li）イオン伝導体のリチウムリン酸窒化物（LiPON）上にLiイオンと電子の混合伝導体であるコバルト酸リチウム（LCO）チャネルを1次元配列させた、神経細胞（ニューロン）の側方抑制を模倣する素子を構築した。チャネルに電圧パルスを印加しときの起こるLiPON中のLiイオン移動とLCOチャネルへのインターカレーション/デインターカレーションにより入力電圧パターンの境界（エッジ）付近で出力のチャネル電流対比が増大し、錯視のマッハバンド効果を再現する。この特性を利用して画像信号を入力すると、明暗のエッジ検出が材料特性だけで可能となることを見い出した。LiPON/LCO素子ではチャネル電流変化の時定数が10秒以上あり、視覚素子応用には応答速度が遅い。異なるアプローチとして、プロトン伝導体のキトサン上に酸化インジウム亜鉛チャネルを1次元配列したニューロン素子を作製した。高いプロトン伝導性により、チャネル電流変化の時定数は100ミリ秒以下に低減できた。これは一般的なカメラのフレームレートより速い。この結果は素子性能を材料特性によって劇的に向上できることを示唆しており、当初予想していなかった新しい成果である。微細加工プロセスに必要な平坦な薄膜形成の手段として、Li固体電解質の原子層堆積（ALD）成膜を目指している。リン酸リチウムへの窒素ドープ（窒化）に必要なアンモニア（NH3）プラズマの条件出しを行った。その結果、5%以上の窒化が可能なNH3ガスの投入量範囲を特定し、イオン伝導度が室温で1×10-6 S/cm程度まで向上することを確認した。

リ チ ウ ム (Li) イ オ ン 伝 conductor の リ チ ウ ム リ smothering ン acid compound (Lipton) に Li イ オ ン と electronic の mixed 伝 conductor で あ る コ バ ル ト acid リ チ ウ ム (LCO) チ ャ ネ ル を 1 tselischeva column さ せ た, god 経 cells (ニ ュ ー ロ ン) の lateral inhibition を imitate す る element child を build し た. チ ャ ネ ル に electric 圧 パ ル ス を Inca し と き の up こ る Lipton の in Li イ オ ン mobile と LCO チ ャ ネ ル へ の イ ン タ ー カ レ ー シ ョ ン / デ イ ン タ ー カ レ ー シ ョ ン に よ り electricity into force 圧 パ タ ー ン の state (エ ッ ジ) paying nearly で output の チ ャ ネ ル current is larger than が raised し seaborne, wrong の マ ッ ハ バ ン ド unseen fruit を reappearance す る . Properties を use こ の し て portrait signal を す into force る と, light and shade の エ ッ ジ 検 out が material properties だ け で may と な る こ と を see い out し た. Lipton/LCO element son で は チ ャ ネ ル current variations change の destiny が more than 10 seconds あ り, regard 覚 element 応 with に は 応 answer speed が 遅 い. Different な る ア プ ロ ー チ と し て, プ ロ ト ン 伝 conductor の キ ト サ ン に on acidification イ ン ジ ウ ム 亜 lead チ ャ ネ ル を 1 tselischeva column し た ニ ュ ー ロ ン element system を son し た. High <s:1> プロト 伝 伝 伝 conductance によ, チャネ <s:1> current transformation <s:1> constant value <e:1> 100, <s:1> リ seconds or less に low reduction で た た た. <s:1> れ general なカメラ フレ フレ ムレ ムレ トよ トよ フレ speed ムレ. こ の results は element child performance を material properties に よ っ て drama に upward で き る こ と を in stopping し て お り, had to think し て い な か っ た new し い results で あ る. Micro machining プ ロ セ ス に な flat film formation の な means necessary と し て, Li solid electrolyte の atomic layer accumulation (ALD) film-forming を refers し て い る. リ ン acid リ チ ウ ム へ の smothering element ド ー プ (smothering) に necessary な ア ン モ ニ ア (NH3) プ ラ ズ マ の conditions out し を line っ た. そ の results, more than 5% の smothering the が may な NH3 ガ ス の guangxifacing van 囲 を specific し, イ オ ン 伝 conductance が で 1 x 10-6 S/cm at room temperature degree ま で す upward る こ と を confirm し た.

项目成果

Ionic Nanoarchitectonics for Exploring Memristive Characteristics

用于探索忆阻特性的离子纳米结构

• 发表时间: 2021
• 作者: K. Terabe;T. Tsuchiya;T. Tsuruoka
• 通讯作者: T. Tsuruoka

変化信号部を強調するマルチチャネル電子素子、それを用いた回路およびその使用方法

强调改变信号部件的多通道电子设备、使用其的电路及其使用方法

• 发表时间: 2021

Impact of moisture absorption on the resistive switching characteristics of a polyethylene oxide-based atomic switch

• DOI: 10.1039/d1tc01654g
• 发表时间: 2021-07
• 期刊: Journal of Materials Chemistry C
• 影响因子: 6.4
• 作者: K. Krishnan;A. Gubicza;M. Aono;K. Terabe;I. Valov;T. Tsuruoka