JPS6257266A - 神経ネツトワ−ク素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は神経系と類似な入出力動作を行う神経ネットワ
ーク素子に関する。

（従来の技術） 神経系の動作は幾つかの入カバターンに対し、それまで
の読み込みデータを参照し、何らかのフィードバック機
構を通して、ある安定した出カバターンを与えるものと
一般的に考えられている。

このような神経系のモデルとして、例えば、プロシーデ
ィング・オン・ナショナル・アカデミ−・サイｚｙｘ　
（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｎａｔｌｏｎａｌ　
ＡｃａｄｅｍｙＳｃｉｅｎｃｅ　）　ＵＳＡ　７９巻２
５５４頁（１９８２）　　に記載されているようなホッ
プフィールド（Ｈｏｐｆｉｅｌｄ）のモデルが知られて
いる。

最近、このようなモデルに基いて、抵抗パターンを形成
したワイヤ・マトリックスで人工的に神経ネットワーク
素子を形成する試みがプロシーディング・オン・トウエ
ンティナインス・インターナシロナル・シンポジウム・
オン・エレクトロン・イオン・アンド・フォトンビーム
ズ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ　　２９ｔｈ　　Ｉｎ
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ＳｙｒｒＩｐｏｓｉｕｍｏｎ
　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ。

Ｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｎ　Ｂｅａｒ’ｓ）　Ａ　
−２巻（１９８５）において記載されている。第３図は
その素子を示したもので（ａ）は平面図（ｂ）は断面図
である。

第３図に示したように、マ）　ＩＪソックス状配置され
た導電性ラインパターン１１．１２を幾つかのジャンク
ション部２１で結合するとともに、入力線の他端Ｖ　（
Ｖ、　、Ｖ２．・・・■ゎ）から、電流増幅器１４を介
して一定の増幅率で別層の出力線端子Ｐ（Ｐｌ、Ｐ２．
・・・Ｐｔ、ｌ）に電流を流し、信号を出力する構造に
なっている。ここでジャンクション部２１ｉｄアモルフ
ァスシリコンとコンタクト層からなる抵抗パターン２１
Ａで形成されており、また層間に絶縁層２２を設けであ
ることにより、コンデンサが形成されている。このよう
に構成された神経ネットワーク素子に一定の入力信号パ
ターンを入力した場合、マトリックス上のジャンクショ
ン部２１の配置に対応した一定の出力信号が得られるた
め、一種の連想メモリーやパターン認識素子あるいは一
定の非線形問題の安定光を求める素子として利用できる
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら第３図に示した神経ネットワーク素子の場
合、素子の出力動作パターンはジャンク７１７部２１の
配置によって固定されてしまう点が、神経ネットワーク
素子として不満足である。

このような点を改善する方向として、読み出し専用メモ
リー（′ｆＬＯＭ）でなく、ランダムアクセスメモＩＪ
−（ＲＡＭ）のような半導体素子を基板上につくり込む
ことが考えられるが、神経ネットワークを形成しようと
すると現状では巨大力系になる恐れがある。

本発明の目的は、入出力動作パターンを変えることので
きる構造的に簡単で集積化の可能な神経ネットワーク素
子を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の神経ネットワーク素子は、マトリックス状に配
置された導電性ラインパターンを複数ケ所のジャンクシ
ョン部で結合し神経系と類似の入出力動作を行々う神経
ネットワーク素子であって、ジャンクション部をトンネ
ルジャンクシ冒ンで形成したものである。

（作用） トンネルジャンクシ冒ンを用いた神経ネットワーク素子
において、導電性ラインパターン中の電子はジャンクシ
５２部で生じた強い電界によりトンネル電流となって対
向する導電性ラインパターンに流れ込む。このとき、フ
ィジカル・レビュー、レターズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒ
ｅｖｌｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）　３７巻、９２３頁（１
９７６）に記載されているように、ジャンクション部に
光を照射するとトンネル電流が変化する。実際、このよ
うな電流変化を利用してメタル・オキサイド・メタルジ
ャンクション素子が光検出素子として用いられている。

神経ネットワーク素子の幾つかのジャンクション部に光
を照射して導電性ラインパターンの一方から他方にトン
ネル電流を流すことにより、入力信号に対し出力される
信号を制御することができる。Ｎ本の入力線がある場合
、入力信号け２値的である七しても入力信号パターンの
数は２ＮとなりＮの大きなとき莫大な数になるが、光照
射の光量や照射位置を変えることにより種々の入力信号
に対し、少数の安定出力信号パターンが得られる。すな
わち、莫大な数の信号の類型化や、単純化によるメモリ
ー素子として応用できる。また、光照射パターン自身の
メモリー回路や、パターン認識回路素子としても動作す
る。

（実施例） 次に本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の第１の実施例の平
面図及び断面図である。

第１図（ａ）　、　（ｂ）において、マトリックス状に
配置された導電性ラインパターン１１．１２の交差部の
ジャンクシ菅ン部はトンネルジャンクシ冒ンで形成され
ている。

本実施例の作成は例えば絶縁性基板１０上にアルミニウ
ムの導電性ラインパターン１１を形成し、表面を約５０
λ程度酸化させアルミナからなる薄膜絶縁体１を形成し
、更に金や銀などの導電性ラインパターン１２を交差さ
せて設けるプロセスにより容易に形成される。導電性ラ
インパターンとしてはサブミクロンのパターンが形成で
きた。この素子に光を照射した結果トンネル電流が流れ
、安定な出力信号パターンの得られることが確認された
。

６一 第２図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の第２の実施例を示
す平面図及び断面図である。本実施例の特徴はジャンク
ション部に先端のとがった円錐又は角錐状の金属電極パ
ターン２を形成し、その上を薄膜絶縁体１でおおい更に
その上に金や銀などで導電性ラインパターン１２を形成
したことである。

先ず、絶縁性の基板１０にイオン注入法あるいはりソグ
ラフィ法を用いて導電性ラインパターン１１を形成する
。この導電１性ラインパターン１１の上にり７トオフ法
によりタングステンやアルミニウムなどの金属電極パタ
ーン２を形成する。このとき金属電極パターン２はコー
ン状に近いが、更に先端をとがらすため、試料を回転し
ながらアルゴンイオンでｊ　ＩＪングを行い円錐又は角
錐状の鋭角パターンを得た。ここでは金属としてタング
ステンを用い、サブミクロン寸法のタングステン円錐パ
ターンを多数形成した。次いでアルぐニウムを２０−１
００人の厚さに蒸着し、酸化して薄膜絶縁体１を形成し
た。更に２００〜４００人の厚さの金、銀あるいけアル
ミニウム等の導電性ラフ− インパターンを、下層の導電性ラインパターン１１に交
差させて形成した。その後コンタクトホールを空け、ワ
イヤボンディングを行うことにより素子形成プロセスを
終了する。

このようにして作製した神経ネットワーク素子の電極間
に入力電圧を印加し、たところ、光照射によるトンネル
電流の暗電流に対するＳ／Ｎ比は第１図に示した実施例
のものより良い特性が得られまた、より短波の光に応答
する結果が得られた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のトンネルジャンクション神
経ネットワーク素子は、各ジャンクション位置への光照
射を自由に変えることで、素子の入出力動作パターンを
任童に選ぶことができ、しかも構造的に簡単で集積化に
適しているので、神経系を模した一種の連想メモリーや
パターン認識などより高度な機能の素子を開発するのに
大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施例の平面図
及び断面図、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実
施例の平面図及び断面図、第３図（ａ）　、　（ｂ）は
従来の神経ネットワーク素子の一例の平面図及び断面図
である。 図において１・・・・・・薄膜絶縁体、２・・・・・・
金属電極パターン、１０・・・・・・基板、１１．１２
・・・・・・導電性ラインパターン、１３・・・・・・
光、１４・・・・・・電流増幅器、２１・・・・・・ジ
ャンクション部、２１Ａ・・・・・・抵抗パターン、２
２・・・・・・絶縁層である。 ＄　ｌ　　凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マトリックス状に配置された導電性ラインパターンを複
   数箇所のジャンクシヨン部で結合し神経系と類似の入出
   力動作を行なう神経ネットワーク素子において、前記ジ
   ャンクシヨン部をトンネルジャンクシヨンで形成したこ
   とを特徴とする神経ネットワーク素子。