信息处理装置以及信息处理装置的驱动方法制造方法及图纸

通过上部电极、下部电极、以及设置在上部电极与下部电极之间的氧化物层而使电阻成分(R1)与电容成分(C1)、电阻成分(R2)与电容成分(C2)并联连接的形式的模拟电阻变化元件(101)、(102)这两个串联连接，从而能够直接利用现有的模拟电阻变化元件。另外，针对电阻成分与电容成分并联连接的形式的模拟电阻元件，可以连接具有电阻成分和电容成分的并联电路。通过针对该电路系统施加电压，从而电阻值能够变化，在低电阻化过程中，显现出电容成分(C1)、(C2)的影响，通过根据电容的比率来分配电压从而使电压降低，抑制急剧的电阻减小。抑制急剧的电阻减小。抑制急剧的电阻减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】信息处理装置以及信息处理装置的驱动方法


[0001]本专利技术涉及一种信息处理装置以及信息处理装置的驱动方法。特别涉及一种使用了模拟电阻变化元件的脑型信息处理装置以及脑型信息处理装置的驱动方法。

技术介绍

[0002]IoT(Internet of Things：物联网)技术应用于各种领域，流入因特网的数据量正在加速地增大。由此，在信息的收集和累积、流通、分析、控制等所有处理中所消耗的电力大幅度地增大。
[0003]如以往的计算机那样，在CPU访问存储器来进行运算处理的情况下，由于数据传送速度慢所以不能够抑制消耗电力的增大。在近年来的神经式计算机(脑型信息处理装置、脑型电路)中，通过使处理器和存储器一体化而得的存储器内计算而能够进行超级并行计算，通过模仿脑内的信息处理从而能够使运算效率变高，并能够降低消耗电力。
[0004]在脑型的信息处理中，例如，将神经细胞模型化而作为多输入单输出的元件，通过感知器的模式识别而在分离平面上分离输入的模式。在脑型信息处理装置中，例如，在感知器中使用模拟电阻变化元件，使用通过字线和位线交叉连接而成的阵列结构。模拟电阻变化元件也被称为忆阻器、RAND(Resistive Analog Neuro Device，电阻式模拟神经设备)。
[0005]模拟电阻变化元件具有通过向绝缘性的氧化物被膜施加电压而使电流值非线性地变化的电阻开关效果，通过由电流感应的氧化还原反应而使电阻值模拟性地变化。对于模拟电阻变化元件而言，由于I(电流)
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V(电压)曲线具有滞后特性，所以能够将非易失性的电阻变化用作存储器。
[0006]作为与模拟电阻变化元件关联的技术，例如，公开了一种整流元件，该整流元件在电极间夹设有氧化钛层，通过在电极间沿相反方向施加超过临界反转电力的大小的反转电信号从而能够使整流特性反转(例如，参照下述专利文献1。)。
[0007]另外，公开了如下技术：通过在忆阻器固有的并联电容器Cp连接串联电容器Cs的非易失性伪存储器电容器(Non
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volatile Pseudo
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Memcapacitor：NPM)，从而时间性地控制导电度而使电路的电力消耗降低(例如，参照下述非专利文献1。)。
[0008]另外，公开了如下技术：通过以竖立设置在下部电极上的第一电介质层上的形式交替地配置多个第二电介质层和多个可变电阻部来设置上部电极的忆容器(Memcapacitor)，来提高运算处理速度和改写次数(例如，参照下述专利文献2。)。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1：日本特开2009
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135461号公报
[0012]专利文献2：日本特开2018
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49887号公报
[0013]非技术文献
[0014]非专利文献1：Zhongrui Wang，另外23名，“Capacitive neural network with neuro
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transistors”,[online]，2018年8月10日，nature communications，[2020年2月6日
检索]，网址<URL：https://www.nature.com/articles/s41467
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018
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05677
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5>

技术实现思路

[0015]技术问题
[0016]然而，在上述的专利文献1和非专利文献1所公开的技术中，在DC的I
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V曲线中，在低电阻化(Set)过程中产生与高电阻化(Reset)过程相比急剧的电阻变化。特别地，在滞后特性上的低电阻化的过程中产生急剧的(数字的)电阻变化。推测这是为了使对高电阻的元件施加的电压的大部分持续施加而使低电阻化高速地进行的情况，因此难以获得期望的任意的电阻值。
[0017]另外，在上述的专利文献2所公开的技术中，是在元件的面内方向(俯视观察不同的位置)上交替且分离地配置多个第二电介质层和多个可变电阻部的结构，因此无法减小纵向的大小，难以实现元件的微细化(小型化)，进而难以实现元件在纵横以及高度方向的三维结构化。
[0018]以往，为了在急剧的电阻变化特性上获得任意的电阻值，考虑到使用测定器的电流顺从功能的方法、使用晶体管并利用栅极电压来控制电流量的方法。但是，在使用电流顺从功能的方法中，始终使用测定器而并不实用。另外，在使用晶体管的方法中，无论在二维地配置晶体管的情况下还是在三维地配置晶体管的情况下，都需要增加晶体管的量的空间，并且工艺变得复杂且成本变高，因此不期望采用这样的方法。
[0019]在脑型信息处理装置中使用的模拟电阻变化元件中，期望抑制低电阻化(Set)过程中的急剧的电阻变化的手段。关于模拟电阻变化元件，对低电阻化(Set)过程中的急剧的电阻变化特性的抑制成为基于去除电阻变化成分的噪声而实现的平滑的电阻变化，能够期待积和电路的高速性和低功耗化。
[0020]另外，目前，通过在低电阻化(Set)过程中产生的急剧的电阻变化，从而使低电阻化(Set)过程中的电阻变化特性与高电阻化(Reset)过程中的电阻变化特性成为非对称。在将模拟电阻变化元件用于脑型信息处理装置的积和电路(人工智能、深度学习或推论、机器学习等)的情况下，若能够使低电阻化(Set)过程中的电阻变化特性与高电阻化(Reset)过程中的电阻变化特性具有对称性，则能够期待积和电路的存储动作与遗忘动作的对称性的提高。
[0021]为了解决上述课题，本专利技术的目的在于获得能够抑制急剧的电阻变化并且能够以简单的结构使任意的电阻值小型化的信息处理装置以及信息处理装置的驱动方法。
[0022]技术方案
[0023]为了解决上述问题，本专利技术的信息处理装置的特征在于，具有：模拟电阻变化元件，其由一对电极和设置在所述一对电极间的氧化物层构成；以及并联电路，其具有电阻成分和电容成分，所述并联电路与所述模拟电阻变化元件串联连接。
[0024]另外，设为如下特征：作为所述并联电路，使用具有电容成分的模拟电阻变化元件，通过使一对所述模拟电阻变化元件彼此串联连接，从而将所述模拟电阻变化元件用作可自由改变电阻值的元件。
[0025]另外，设为如下特征：所述电极由上部电极和下部电极构成，并通过设置在所述上部电极与所述下部电极之间的所述氧化物层而构成电阻成分和电容成分并联连接的形式
的一个模拟电阻变化元件，将两个所述模拟电阻变化元件的所述下部电极彼此连接，通过针对从一个所述模拟电阻变化元件的所述上部电极到另一个所述模拟电阻变化元件的所述上部电极的电路系统施加电压，从而电阻值能够变化。
[0026]另外，设为如下特征：作为所述氧化物层，通过将电阻率不同的多个层层叠而成。
[0027]另外，设为如下特征：多个所述氧化物层的一者的电阻率为小于1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种信息处理装置，其特征在于，具有：模拟电阻变化元件，其由一对电极和设置在所述一对电极间的氧化物层构成；并联电路，其具有电阻成分和电容成分，所述并联电路与所述模拟电阻变化元件串联连接。2.根据权利要求1所述的信息处理装置，其特征在于，作为所述并联电路，使用具有电容成分的模拟电阻变化元件，通过使一对所述模拟电阻变化元件彼此串联连接，从而将所述模拟电阻变化元件用作能够自由改变电阻值的元件。3.根据权利要求2所述的信息处理装置，其特征在于，所述电极由上部电极和下部电极构成，通过设置在所述上部电极与所述下部电极之间的所述氧化物层而构成电阻成分和电容成分并联连接的形式的一个模拟电阻变化元件，将两个所述模拟电阻变化元件的所述下部电极彼此连接，通过针对从一个所述模拟电阻变化元件的所述上部电极到另一个所述模拟电阻变化元件的所述上部电极的电路系统施加电压，从而电阻值能够变化。4.根据权利要求2所述的信息处理装置，其特征在于，作为所述氧化物层，通过将电阻率不同的多个层层叠而成。5.根据权利要求4所述的信息处理装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：岛久，内藤泰久，秋永広幸，高桥慎，
申请(专利权)人：国立研究开发法人产业技术总合研究所，
类型：发明
国别省市：