単電子トンネリング現象を利用した集積化神経回路に関する基礎的研究

利用单电子隧道现象的集成神经电路的基础研究

• 批准号: 11750279
• 负责人: 佐藤 茂雄
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750279/
• 关键词: 単電子トンネリング; ニューラルネットワーク; SET; 電子ビーム露光; 斜め蒸着法; モンテカルロ法

単電子デバイスにより構成されるニューラルネットワークの実現を目的として、確率的な単電子トンネリング現象を数値シミュレーションによって解析した。前年度に得られた成果を基にSETトランジスタを基本としたニューロン、シナプス両回路を実現し、ネットワークの動作を確認した。4クイーン問題などの最適化問題を対象として、所望の動作が実現されることを確認した。動作温度やキャパシタンスの大きさなどに依存して、協同トンネリング現象の発生確率が大きく変わりその結果最適解への収束確率も大きく変化する様子を調べた。動作温度を室温とした場合に必要とされるパラメータ(キャパシタンスや電源電圧の大きさ、回路構成など)を最適化し、これら結果を国際会議で発表した。以上から、単電子デバイスを用いたニューラルネットワーク設計手法を確立した。デバイス製作においては、単電子デバイスの製作のために必要不可欠の基本技術である電子ビーム露光装置を利用したリソグラフィー技術、薄いトンネル酸化膜形成作製技術、電子ビーム斜め蒸着法を用いた微小接合形成技術等の確立を図った。これら技術を用いてAl-AlOx-Alのトンネル接合を形成し、その基本特性を調べた。以上により、単電子デバイス製作上の基礎技術を確立した。

为了实现由单电子设备组成的神经网络，通过数值模拟分析了随机单电子隧道现象。根据上一年获得的结果，我们基于集合晶体管实现了神经元和突触电路，并确认了网络的运行。已经证实，可以通过诸如四皇后问题等优化问题来实现所需的操作。我们调查了合作隧道现象发生的概率如何根据工作温度和电容幅度发生很大变化，结果，与最佳溶液的收敛概率发生了重大变化。优化了工作温度为室温（电容，电源电压幅度，电路配置等）时所需的参数，并在国际会议上提出了结果。由此，已经建立了一种使用单电子设备的神经网络设计方法。在设备制造中，我们使用电子束曝光设备建立了光刻技术，这是制造单电动设备的必不可少的基本技术，用于形成薄隧道氧化物膜的技术以及用于使用电子束斜面蒸发方法形成微口气的技术。使用这些技术，形成了Al-Alox-Al的隧道连接，并研究了其基本特性。因此，已经建立了用于制造单电子设备的基本技术。

项目成果

佐藤茂雄,中島康治: "電子回路によるカオス生成とカオスニューラルネットワークの集積回路化"システム制御情報学会誌. 43・11. 577-583 (1999)

Shigeo Sato、Koji Nakajima：“电子电路的混沌生成和混沌神经网络的集成电路化”系统、控制和信息工程师学会杂志 43・11（1999）。

Y.Katayama et, al.: "Implementation of a Large Fan-in Majority Circuit"Proc.of Int.Symp on Nonlinear Theory and its Applications. 1. 413-416 (2000)

Y.Katayama 等人：“大型扇入多数电路的实现”Proc.of Int.Symp 关于非线性理论及其应用。

M.Kinjo, et al.: "A study on DBM network with non-monotonic neurons"Proc. of 1999 Int Joint Conf. on Neural Networks. (1999)

M.Kinjo 等人：“具有非单调神经元的 DBM 网络的研究”Proc。

M.Kinjo et, al.: "Characteristics of Small Scale Non-Monotonic Nearin Networks Having Large Potentiality for Learning"Proc.of Int.Joint.Conf. on Neural Networks. WE1-4 (2000)

M.Kinjo 等人：“具有巨大学习潜力的小规模非单调近邻网络的特征”Proc.of Int.Joint.Conf。

T.Harada, et al.: "New nonvolatile analog memories for building associative memories"Ext. Abst. of the 1999 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials. 270-271 (1999)

T.Harada 等人：“用于构建关联存储器的新型非易失性模拟存储器”Ext。