Creation of Novel Brain Information Processing Circuits Using Free Wiring Technology of Conductive Polymer Wires

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(1)これまで1次元的なものに限定されてきた導電性ポリマーワイヤー配線を、2次元及び3次元的な配線へと拡張できないか検証を進めた。2次元平面上にマイクロ間隔でパターニングされた4つの電極全てを同一のモノマー前駆体溶液に浸漬し、重合電圧を印加することで所望の複数電極間へ導電性ポリマーワイヤーを分岐配線させることに成功した。また、Au薄膜上へマイクロ間隔で形成された3つのAuスタッドバンプを下部電極として、電解研磨法を用いて作製した1つのAu探針を上部電極として用いた3次元配線システムを構築した。各電極へ重合ポテンシャルを液中印加したところ、各電極先端において電界集中が起こり、自重に抗いながら電界に沿ってワイヤー成長が進行する様子が初めて観測された。本成果は3次元空間上の所望する点同士を電気的に接続する新たな手法を提供し、3次元LSIにおける要素技術として大きく貢献し得る。(2)(1)にて確立した自由配線技術を応用し、比較的簡単な脳型情報処理の実装を試みた。各電極間抵抗値を読み出しながら、重合電圧印加時間をフィードバック制御することで配線ワイヤー本数をある程度制御でき、所望の抵抗値へとシナプス可塑性の如く高精度制御できることを明らかにした。さらに、ワイヤー配線によるネットワーク形成後に電圧パルスを印加することで配線ポリマーワイヤーの物理化学的性質変化が誘起され、近傍シナプス間の側抑制的な相互作用に対応する抵抗変化特性が観測された。これらの挙動を利用することで、導電性ポリマーネットワークのヘブ則学習やwinner take all型情報処理を実現できることを明らかにした。さらなる高度なアプリケーションの実現に向け、3次元配線用Auスタッドバンプを多数集積したチップの設計を進めた。