Ultrafast Superlattice Phase-change Artificial Synapse

超快超晶格相变人工突触

基本信息

批准号：
21H01382
负责人：
インユウ
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01382/
关键词：
人工シナプス相変化高速超高速超格子

项目摘要

従来の可逆な超高速相変化が観測されたGeTe/Sb2Te3超格子材料がシナプス機能材料として適していないと考えられる。そこで、本研究では、新しい結晶構造と機能の探索に広く使われている第一原理計算法を用い、異原子添加法により導電率が連続的に変えられる新材料を探求した。最初に、GeTe/Sb2Te3超格子材料の結晶構造モデルを作成した。計算によって最安定構造まで緩和させる後に、電子バンド構造を計算し、バンドギャップと結晶構造との関係を明らかにした。この結果に基づき、N等の進入型異原子を添加したGeTe/Sb2Te3超格子型多層膜の構造モデルを作成し、計算により電子バンド構造を求めた。これにより、添加異原子を決め、更に添加量を最適化し、シナプス機能材料としての超格子型多層膜を見出した。また、低コストで量産化に向いているスパッタリング法による高品質なGeTe/Sb2Te3多層膜の作製法が報告されている。そこで、本研究では、スパッタリング法により、第一原理計算で探求した新材料を作製した。N2が導入された超高真空中でGeTeとSb2Te3層を交互に積層し、基板上に多層材料を成膜した。N2流量制御により、適切な添加量を得ることができた。原子間力顕微鏡やX線回折装置等により作製した材料のラフネスと結晶性などを測定し、成膜挙動を解明した。また、結晶性と界面エネルギーが超格子材料の配向性を左右するので、以上の成膜挙動解明により成膜条件を最適化し、高品質な多層薄膜の作製法を確立した。

人们认为，已经观察到可逆的超快相变的常规GETE/SB2TE3超晶格材料不适合作为突触功能材料。因此，在这项研究中，我们使用了广泛用于搜索新的晶体结构和功能的第一个原理计算方法，并探索了可以通过杂原添加方法不断改变电导率的新材料。首先，创建了用于GETE/SB2TE3超晶格材料的晶体结构模型。通过计算将结构放松到最稳定的结构后，计算电子带结构以阐明带隙与晶体结构之间的关系。基于这些结果，创建了添加了带有侵入型杂种（如N）的Gete/SB2TE3超级型多层膜的结构模型，并计算了电子带结构。这确定了添加的杂原子，进一步优化了添加材料的量，并发现了超晶格型多层膜作为突触功能材料。此外，已经报道了一种使用溅射方法制造高质量的Gete/SB2TE3多层膜的方法，该方法适合以低成本为本。因此，在这项研究中，通过溅射方法制备了新材料，这些方法是使用第一原理计算探索的。 Gete和SB2TE3层在引入N2的超高真空中交替层压，并在基板上形成了多层材料。通过控制N2的流量，获得了适当数量的添加内容。测量了使用原子力显微镜或X射线衍射装置制备的材料的粗糙度和结晶度，以阐明膜形成行为。此外，由于结晶度和界面能量会影响超晶格材料的方向，因此使用上述膜形成行为来优化膜形成条件，并建立了制造高质量多层薄膜的方法。