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(左側から) 仁荷大学校の新素材工学科M.S.LEE(イ・ムンサン)、M.G.HAM(ハム・ミョンカン)教授

生体シナプス構造とこれを模写して制作した化合物半導体・人工シナプス素子の概略図

2021.08.12 11:36

仁荷(インハ)大学校はM.S.LEE(イ・ムンサン)、M.G. HAHM (ハム・ミョンカン)の新素材工学科の教授チームが
中央(ジュンアン)大学校のH.B.SON(ソン・ヒョンビン)教授チームとともに世界最初、
化合物半導体を基に脳の機能を模写した光電子人工シナプス素子を開発したと発表した。

今までの半導体素子の限界を超えて超高速、超低電力ニューロモルフィック半導体開発を繰り上げる研究成果になれると期待されている。

研究チームはLEDやレーザーなどに使われる物質である窒化アルミニウム(AIN)化合物半導体を利用して人工シナプスを具現、
電気的信号を使用する既存半導体とは違く、光と電気信号をともに使って人工シナプス素子の信号伝達する研究を行った。

また、研究チームは化合物半導体素子の欠陥による人工シナプス素子の学習能力を評価して、
化合物半導体素子と人工シナプス素子の特性間の関係も研究した。

今回に提案された人工シナプス素子は人体のシナプス可塑性により記憶と学習が可能な特性を見せ、
人工シナプス物質である窒化アルミニウム内の薄い欠陥準位密度(shallow trap state)を減少させた
人工シナプス素子の学習能力が92％の認識率で、欠陥準位密度が高い素子の認識率85％に比べて、もっと向上できるということも突き止めた。

この研究は既存の半導体の工程にそのまま適用もでき、大面積工程が可能な化合物半導体を利用して光と電子を用いることから、
人工知能(AI)を活用する太陽光エネルギー素子、イメージセンサー、光検出器などの様々な分野で使えるということで意味深い。

また、光を信号伝達物質として利用するため、低い駆動電力と超高性能の知能型半導体素子の具現ができるということも目立つところである。

仁荷大学校新素材工学科のM.S.LEE教授は、「今回の研究成果は現在の半導体工程にすぐ適用できる化合物半導体を
光電子人工シナプス素子で具現して、その駆動メカニズムを究明したというところに意義が大きい」と述べた。

また、「次世代の人工知能コンピューティングに使える化合物半導体ニューロモルフィック素子を具現して、
その特性の向上及び様々な人工知能応用分野にも適用できる土台作りのような研究結果」と言い添えた。

仁荷大学校新素材工学科のM.G.HAHM教授は「化合物半導体と光を利用した人工シナプス素子を始めて立証した結果であり、
ニューロモルフィック分野での大きな進展でもある」と語った。

一方、この研究結果はナノ分野で世界最高の学術誌であるNano Letters(ナノレタース)に7月30日のオンライン版の表紙論文として、
「Accelerated Learning in Wide-Band-Gap AlN Artificial Photonic Synaptic Devices: Impact on Suppressed Shallow Trap Level」という
タイトルで掲載された。第一著者は仁荷大学校の新素材工学科のM.S.LEE教授で、
中央大学校のH.B.SON教授と 仁荷大学校の新素材工学科のM.G.HAM教授が共同責任著者である。

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