ドナー密度分布制御型メモリスタ素子における抵抗変化機構の有限要素法シミュレーション

摘要

脳神経回路を模したアルゴリズムの開発により人工知能技術が大きく発展した。一方で、これらソフトウェア実装に止まらず、脳型コンピュータのハードウェア実装に大きな期待が寄せられている。脳神経回路のシナプスの役割を模倣可能な新規の受動素子として、メモリスタが注目されている。メモリスタ素子は、素子抵抗を変化させることで流れた電荷量を記憶する。Strukov らによって TiO_2系メモリスタの抵抗変化メカニズムに関して、キャリア（電子?正孔）及びドーパント（酸素空孔）のドリフト?拡散を考慮する1次元モデルが提唱されている。我々は、これまでに還元TiO_2結晶を用いた独自の4端子構造を持つメモリスタ素子を開発してきた。この素子では、4端子への電圧印加によりもたらされる（擬）2 次元的な酸素空孔分布の変化が抵抗変化において本質的な役割を果たす。今回、二次元平面型端子デバイスの抵抗変化特性の理論的解析を目的として、ドーパントのドリフトと拡散を考慮した二次元有限要素法シミュレーションモデルを構築し、電圧印加による端子間のドーパント（ドナー）密度分布を評価した。