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

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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。