韓米の共同研究チームが、情報保存と漏れ電流の遮断機能を一体化したニューロモーフィック半導体素子を開発した。
イ・サンハンGIST新素材工学科教授、チャン・ホウォンソウル大学材料工学科教授、ジョシュア・ヤン米サザンカリフォルニア大学（USC）電気・コンピューター工学科教授の研究チームは、反復的な電気刺激に応じて情報を一定の幅で蓄積しつつ、保存状態を安定的に維持するニューロモーフィック半導体素子を開発したと30日明らかにした。研究結果は国際学術誌「ネイチャー・コミュニケーションズ」に3月に掲載された。
ニューロモーフィック・コンピューティングは、人の脳のように情報の保存と演算を同時に処理する技術である。メモリ素子を縦横に配列したクロスバー構造を活用して大量のデータを並列処理できるが、情報が不規則に蓄積されたり、隣接素子へ電流が漏れる問題があった。
研究チームは強誘電体であるビスマス鉄酸化物にバリウムを添加し、酸素空孔の移動を制御した。酸素空孔は酸化物内部で酸素原子が抜けて生じた空所であり、電流の流れと情報保存特性に影響を与える。
バリウム添加によって酸素空孔の動きを安定化し、反復的な電気刺激でも保存量が一定に増加する線形的特性を実現した。同時に、電流が一方向にのみ流れるようにする自己整流機能を素子自体に適用し、別途の選択素子なしで漏れ電流を低減した。
実験の結果、素子は1,000万回以上の書き込み・消去動作でも性能を維持した。電流の方向性を示す整流比は100万対1以上と測定された。
研究チームはメモリセル121個で構成した11×11クロスバーアレイを製作し、テキストと画像パターンを記録・削除する実験も行った。その結果、選択素子のない構造でも各セルの情報を安定的に保存し、制御できることを確認した。
イ・サンハン教授は「情報蓄積の非線形性と漏れ電流の問題を1つの素子で同時に解決した」と述べ、「ニューロモーフィック半導体の回路とプロセスを単純化することに活用できる」と語った。
参考資料
Nature Communications(2026), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-70727-2