A study on fan-in/fan-out augmentation of neuron circuits using a novel device

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2022年度は新規デバイスを用いたニューロン回路開発に向けて、前年度に引き続き新規構造デバイスである"PN-body tied SOI-FET"の実測評価、加えて"MOS-gated PNPN Diode"の評価を行った。"PN-body tied SOI-FET"は入力端子Source、Drain、Gate、Body(+Substrate)と、内部にサイリスタ構造を持つデバイスである。フローティングボディ効果によって入力された信号を電荷としてデバイス内(Gate下部)に蓄積させることができ、加えてサイリスタ構造によって引き起こされる正のフィードバックを用いることでニューロン回路に必要なスパイク信号を生成することができる。"MOS-gated PNPN Diode"は"PN-body tied SOI-FET"のSourceからBody方向にできているサイリスタ構造を一つの素子にしたもので、4端子デバイスである"PN-body tied SOI-FET"に対して3端子にすることができる。本デバイスは"PN-body tied SOI-FET"との比較及び解析の簡略化を目的に作製している。"PN-body tied SOI-FET"に関しては、Bodyに定電流を入力することによりリセット回路無しで連続的にスパイクを生成するニューロン動作が行えることを見出した。スパイク周波数は入力電流の大きさによって変化し、また、各種端子の電圧でもコントロールできることが分かった。スパイク周波数のコントロール性は学習効率や消費電力に関わってくる。また、"MOS-gated PNPN Diode"を同じ方法で評価し、デバイス間のスパイク周波数ばらつきと単体デバイス内のスパイク間隔ばらつきの評価を実施することができた。スパイクのばらつきもまた学習に影響を与える重要な要素である。