有機機能性材料を用いた新たな論理演算デバイスの開発

利用有机功能材料开发新型逻辑运算器件

• 批准号: 19656078
• 负责人: 石田 謙司
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19656078/
• 关键词: 有機薄膜; 論理演算; ロジック; 分極; 多層膜

本研究の目的は、有機強誘電体多層膜を用いて新たな原理の論理演算素子を創成すべく、その基本概念の取得、動作原理の探求を行うことである。本年度は分極相互作用を利用した論理演算素子の実証実験に不可欠な強誘電体論理セルとなる強誘電体多層膜をフレキシブル基板上に形成して論理動作の詳細を解析し、有機強誘電体のスイッチング機能を応用した非トランジスタ型の有機論理法の動作原理を考察した。本動作を検証するため、フッ化ビニリデンVDFオリゴマー(n=12)を用いてデバイス試作を行った。電極材料にはA1を使用し、A1配線はVDFオリゴマー薄膜を介して、3つのラインが1か所でクロスオーバーするパターンとした。クロス領域は0.25mm^2、それぞれの膜厚はA1:60nm、VDF:220nmである。作製した積層体に、プリセット用のポーリング処理を施した後、論理入力として(input1,input2)=(1,0)、(0,1)、(1,1)、(0,0)をそれぞれ印加した。本実験の場合、入力論理値"1"は、+48Vであって、"0"は-48Vであり、その矩形波を入力とした。矩形波としての印加時間は250usecである。それぞれの入力に対して観測された出力電荷の時間変化を観測したところ、(1,0)、(0,1)での出力がほぼ一致することが判り、その値は、59nCであった。この値はポーリング処理時での各層での残留分極量に一致する。また(1,1)での出力がちょうどその2倍に相当する118nCであり、分極反転に伴うスイッチング動作が実際のデバイスでも想定通りに実行できていると言える。以上の結果より、例えば出力の閾値を50nCとすれば、ORゲート、100nCとすればANDゲートとして動作、実行できることが判明し、強誘電体多層膜を用いた論理ゲート動作を実証した。

本研究的目的是获取基本概念并探索工作原理，以便使用有机铁电多层薄膜创建具有新原理的逻辑运算元件。今年，我们将在柔性基板上形成铁电多层薄膜，形成铁电逻辑单元，这对于利用极化相互作用的逻辑运算元件的演示实验至关重要，并分析逻辑运算的详细操作原理。 -讨论了应用开关功能的晶体管型有机逻辑方法。为了验证这一操作，我们使用偏二氟乙烯 VDF 低聚物 (n=12) 制造了一个器件原型。使用A1作为电极材料，A1布线具有3条线隔着VDF低聚物薄膜在一点交叉的图案。截面积为0.25mm^2，膜厚分别为A1：60nm、VDF：220nm。对制作的层压板进行预设轮询处理后，分别应用输入（输入1，输入2）=（1,0），（0,1），（1,1），（0,0）作为逻辑输入。在本实验的情况下，输入逻辑值“1”为+48V，“0”为-48V，并且输入其矩形波。方波的应用时间为 250 us。当我们观察每个输入的输出电荷随时间的变化时，我们发现(1,0)和(0,1)处的输出几乎相同，值为59nC。该值对应于轮询过程中每层中的残余极化量。另外，(1,1)处的输出为118nC，正好是其两倍，可以说在实际器件中可以如预期地执行与极化反转相关的切换操作。从上面的结果，我们发现，例如，如果输出阈值是50nC，它可以作为或门操作，如果是100nC，它可以作为与门操作，使用铁电多层膜。

项目成果

Organic Ferroelectric Multilayer for Programmable Logic Gate

用于可编程逻辑门的有机铁电多层膜

• 发表时间: 2008
• 作者: Kenji Ishida;Satoshi Horie;Kazumi Matsushige;Yasukiyo Ueda
• 通讯作者: Yasukiyo Ueda

分極挙動を利用した有機メモリ・センサ

使用偏振行为的有机记忆传感器

• 发表时间: 2008
• 作者: 堂田泰史;川山巌;村上博成;斗内政吉;石田 謙司
• 通讯作者: 石田 謙司

Characterization of ferroelectri/metal interface under the repeated polarizaton switching

重复极化切换下铁电体/金属界面的表征

• 发表时间: 2008
• 期刊: Thin Solid Films 516
• 作者: S. Nozaki;K. Ishida;A. Matsumoto;S. Horie;S. Kuwajima;H. Yamada and K. Matsushige
• 通讯作者: H. Yamada and K. Matsushige

Structure correlation between thin film structure and polling process on ferroelectric molecular films

铁电分子薄膜薄膜结构与轮询过程的结构相关性

• 发表时间: 2009
• 作者: Masato Furukawa;Tatsuya Sawagoshi;Yasuko Koshiba;Masahiro Misaki;Satoshi Horie;Kenji Ishida;Yasukiyo Ueda
• 通讯作者: Yasukiyo Ueda

分子エレクトロニクスの基盤技術と将来展望、第7章有機薄膜/分子メモリとロジック応用

分子电子学的基础技术和未来展望，第7章有机薄膜/分子存储和逻辑应用

• 发表时间: 2009
• 作者: 堀江聡;石田謙司;松重和美
• 通讯作者: 松重和美