スマートイン

Jun 12, 2023

2023 年 6 月 6 日

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

査読済みの出版物

信頼できる情報源

校正する

キング・アブドラ科学技術大学著

シーン認識などの視覚認識機能を実行できるスマート デジタル イメージ センサーは、KAUST での最近の研究の成果です。

ダヤナンド・クマール氏、ナゼク・エル・アタブ氏らは、初期のデジタルカメラに搭載されているノーベル賞受賞技術である電荷結合素子（CCD）イメージセンサーを利用して、CCDのコア構造を適応させて強化し、感光性メモリを作成した。光でプログラムできるデバイス。 特に、研究チームは、CCD センサーの電荷蓄積ピクセルを支える半導体コンデンサー (MOSCAP) 構造に二次元材料 MoS2 を埋め込みました。

結果として得られる Al/Al2O3/MoS2/Al2O3/Si MOSCAP 構造は、可視光に敏感で、光学的にプログラムし、電気的に消去できる電荷トラップ「インメモリ」センサーとして機能します。 この研究は、『Light: Science & Applications』誌に掲載されました。

「インメモリ光センサーは、光学センシング、ストレージ、計算など、従来は個別だった複数のデバイスの役割を一度に実行できるスマートな多機能メモリデバイスです」とエルアタブ氏は説明した。

「私たちの長期的な目標は、さまざまな刺激を検出して計算できるメモリ内センサーを実証できるようにすることです」と El-Atab 氏は説明します。 「これにより、メモリの壁が克服され、消費電力を削減してより高速かつリアルタイムのデータ分析が可能になります。これは、モノのインターネット、自動運転車、人工知能などの多くの未来的で最先端のアプリケーションでの要件です。とりわけ。」

青色から赤色のスペクトル領域のいずれかの波長を有する光を用いた実験は、光生成電荷が非常に長い保持時間で捕捉または蓄積できることを示しています。 結果として生じる >2V の「メモリ ウィンドウ」電圧は、+/-6V 信号を印加することで電気的に消去されるまで、最長 10 年間保存できます。 さらに、何百万サイクルもの動作が可能です。

研究の最終的な目的は、コンピューティング機能を備えた光センシングとストレージを実行できる単一の光電子デバイスを作成することです。

研究チームは、MoS2 MOSCAP 構造とニューラル ネットワークを組み合わせることで、単純なバイナリ画像認識を実行できることを示し、91% の精度で犬と自動車の画像を区別することに成功しました。 各画像のサイズは 32 × 32 ピクセルで、デバイスのピーク感度に対応するため、画像から青色の情報のみが抽出されました。

チームは現在、光学制御のレベルをさらに開発したいと考えています。 「現在のメモリデバイスは光学的にプログラムできるが、電気的に消去する必要がある」とクマール氏はコメントした。 「将来的には、完全に光学的に操作できるインメモリ光学センサーを研究したいと考えています。」

Advanced Materials に掲載された関連研究では、これもオプトエレクトロニクスを使用して人工視覚知覚のためのタスクを実行するというテーマで、チームはニューロモーフィック コンピューティング アプリケーション向けに脳のニューロンを模倣するオプトエレクトロニクス メムリスティブ シナプスを作成するために黒リンを使用することを研究しました。

彼らの多層デバイスは、白金の下層と銅の上層の間に挟まれた黒リンと酸化ハフニウムの薄層で構成されています。 これは、光電子メモリスタ、つまり可視光によって電気抵抗をプログラムできる抵抗器として動作します。

実験によると、長期的な増強（信号出力の長期的な増加）、長期的な抑制（信号出力の長期的な減少）、短期的な可塑性（応答の変化）など、非常に安定したシナプスの特徴を提供します。これらはすべて重要なニューロンの動作です。

研究チームはこれらのデバイスから6×6のシナプスアレイを構築し、将来的にはより大きなアレイが生体模倣網膜の実現に役立つことを期待している。 重要なのは、このデバイスは溶液処理によってコスト効率よく製造でき、曲げ半径 1 センチメートルで安定した動作を実現する柔軟性があり、ウェアラブル アプリケーションの可能性を提供することです。

詳しくは： Dayanand Kumar 他、ニューロモーフィック コンピューティングおよび人工視覚認識アプリケーションのための柔軟なソリューション処理可能な黒リンベースの光電子メモリスティブ シナプス、アドバンスト マテリアルズ (2023)。 DOI: 10.1002/adma.202300446