Heterosynaptic platform functionalized by topological control of oxygen vacancy distribution in memristive devices

通过忆阻器件中氧空位分布的拓扑控制实现功能化的异质突触平台

• 批准号: 20H00248
• 负责人: 酒井 朗
• 金额: $ 29.29万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00248/
• 关键词: メモリスタ; ヘテロシナプス; 多端子クロスバーアレイ; 酸素空孔; ニューロモルフィック; 4端子平面型素子; ゲートチューニング; コンダクタンス変調; 興奮性主ニューロン; 抑制性介在ニューロン; 高温動作; パルスレーザー蒸着法; 有限要素法シミュレーション; ドーパント; ドリフト・拡散

当該年度は、4端子アモルファスGaOxメモリスタ素子の人工シナプス素子としての機能性を高めるために、抵抗値と相関するシナプス強度の増強や減弱等の機能を素子に実装し、そうした機能に及ぼすゲートチューニング効果を検証した。前年度までに、同素子においては、絶縁破壊プロセス（エレクトロフォーミング）が不必要で、4端子への電圧印加によって再現性ある抵抗変化特性が得られ、それが酸素空孔分布の２次元的変化によるものであることが示された。この優位な抵抗変化特性を利用し、今回は対角線上にある一対の電極を入・出力端子に、もう一対をゲートチューニング端子に割り当てて、抵抗値の書き込みと読み出し、ならびにそれら値の変調を行うべくゲート効果を調べた。その結果、まず、シナプス強度の増強と減弱に対応する入出力端子間のコンダクタンスを多段階で変化させることができた。また、そうしたコンダクタンスの変化率をゲート電圧で変調できることを確認した。これは生体系シナプスにおけるhomeostaticなシナプス可塑性を発揮する興奮性の主ニューロンと抑制性の介在ニューロンの機能に対応する。一方、GaOxメモリスタ素子におけるキャリア伝導機構の探索にあたり、キャパシタ型メモリスタ素子を作製し、電流-電圧ヒステリシス特性の温度依存性を調査した。その結果、素子への印加電圧に依存して空間電荷制限電流が観測され、アモルファスGaOx膜中の欠陥準位による電子捕獲がキャリア伝導に影響していることが示唆された。本実験では室温から600 Kまでの温度依存性を計測したが、いずれの温度においても電流-電圧ヒステリシスカーブが観測された。特に600Kにおいてもヒステリシスが観測される事実は、同温度における抵抗スイッチング現象の発現を意味しており、抵抗変化素子として本素子の高温動作が新たに実証されたことになる。

When this year, 4-terminal loss of GaOx matrix elements of artificial elements, high functional, resistance, correlation, strength, attenuation, etc. functional elements, installation, function and effect of the matrix elements were demonstrated. In the previous year, there was no need to change the resistance characteristics of the 4-terminal voltage circuit, and the two-dimensional change characteristics of the acid hole distribution were obtained. This is the first time that a pair of electrodes have been used in the field. As a result, the intensity of the input and output terminals increases and decreases, and the output terminals increase and decrease in multiple stages. The change rate of the voltage is determined. The homeostatic plasticity of the biosynthetic system plays an important role in the development of excitatory and inhibitory mechanisms. The temperature dependence of the current-voltage characteristic was investigated. As a result, the electron concentration depends on the space charge limiting current, and the electron trapping in the GaOx film is affected by the misalignment. The temperature dependence of this system from room temperature to 600 K was measured. In particular, 600K high temperature resistance phenomenon occurred at the same temperature.

项目成果

平面型TiO2-xメモリスタ素子における抵抗変化領域のその場TEM観察

平面 TiO2-x 忆阻器元件电阻变化区域的原位 TEM 观察

• 发表时间: 2022
• 作者: 谷口奈穂;藤平哲也;林侑介;酒井朗
• 通讯作者: 酒井朗

300℃超の高温に耐えうる抵抗変化型メモリ素子を アモルファス酸化ガリウムで実現！

使用非晶态氧化镓实现了可承受300℃以上高温的可变电阻存储元件！

Pavlovian conditioning implemented in four-terminal TiO2-x memristive devices

在四端 TiO2-x 忆阻器件中实现巴甫洛夫调节

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Miyake;K. Adachi;Y. Hayashi;T. Tohei;A. Sakai
• 通讯作者: A. Sakai

Habituation and sensitization properties mimicked in four-terminal TiO2-x memristive devices

四端 TiO2-x 忆阻器件中模拟的习惯和敏化特性

• 发表时间: 2021
• 作者: K. Adachi;Y. Hayashi;T. Tohei;A. Sakai
• 通讯作者: A. Sakai

アモルファス酸化ガリウムを用いたメモリスタの抵抗変化特性およびシナプス特性

非晶氧化镓忆阻器的电阻变化特性和突触特性

• 发表时间: 2020
• 作者: 上甲守治;池内太志;林侑介;藤平哲也;酒井朗
• 通讯作者: 酒井朗