JPS6257266A - Neural network element - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to neural network elements that perform input/output operations similar to those of the nervous system.
(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。(Prior Art) It is generally believed that the operation of the nervous system refers to previously read data for several input patterns and provides a stable output pattern through some kind of feedback mechanism.
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。As a model of such a nervous system, for example, Proceedings of the National Academy of Sciences
(Proceedings of Natlonal
Academy Science ) USA Volume 79 2
Hopfield's model is known, as described on page 554 (1982).
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。Recently, based on such a model, an attempt to artificially form a neural network element using a wire matrix with a resistive pattern was presented in the Proceedings on 29th International Symposium.
On Electron, Ion and Photon Beams (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。Ion and Photon Bear's) A
-2 volume (1985). FIG. 3 shows the element, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view.
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
。As shown in FIG.
V, ,V2. ...■ゎ), the output line terminals P (Pl, P2 .
...Pt, l) and outputs a signal by passing a current through it. Here, a resistance pattern 21 consisting of a junction part 21id and amorphous silicon and a contact layer is shown.
A, and an insulating layer 22 is provided between the layers, thereby forming a capacitor. When a certain input signal pattern is input to the neural network element configured in this way, a certain output signal corresponding to the arrangement of the junction parts 21 on the matrix is obtained. It can be used as an element to find stable light for nonlinear problems.
(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。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the case of the neural network element shown in FIG. 3, the output operation pattern of the element is fixed by the arrangement of the junk 717 section 21, which is unsatisfactory as a neural network element. .
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。As a way to improve these points, random access memory IJ rather than read-only memory ('fLOM) is recommended.
It is conceivable to fabricate semiconductor elements such as - (RAM) on a substrate, but if we try to form a neural network, there is currently a risk that it will become a huge force system.
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。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a neural network element that is structurally simple and can be integrated, and whose input/output operation patterns can be changed.
(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。(Means for Solving the Problems) The neural network element of the present invention connects conductive line patterns arranged in a matrix at multiple junctions to connect a neural network that performs input/output operations similar to those of the nervous system. This is a network element in which the junction portion is formed by using a tunnel junction.
(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。(Function) In a neural network element using a tunnel jumper, electrons in a conductive line pattern become a tunnel current due to the strong electric field generated at the jumper 52 and flow into the opposing conductive line pattern. At this time, Physical Review, Letters (Physical R
evlew Letters) Volume 37, Page 923 (1
976), when the junction portion is irradiated with light, the tunnel current changes. In fact, metal-oxide-metal junction elements are used as photodetecting elements by utilizing such current changes.
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。By irradiating some junctions of the neural network element with light to cause a tunneling current to flow from one side of the conductive line pattern to the other, the output signal relative to the input signal can be controlled. When there are N input lines, the number of input signal patterns is 2N even if the input signal is binary, which becomes a huge number when N is large, but it is possible to change the amount of light irradiation and the irradiation position. A small number of stable output signal patterns can be obtained for various input signals. That is, it can be applied as a memory device by classifying and simplifying a huge number of signals. It also operates as a memory circuit for the light irradiation pattern itself and as a pattern recognition circuit element.
(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。(Example) Next, embodiments of the present invention will be described using the drawings.
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。FIGS. 1(a) and 1(b) are a plan view and a sectional view of a first embodiment of the present invention.
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。In FIGS. 1A and 1B, the junction portions at the intersections of the conductive line patterns 11 and 12 arranged in a matrix are formed by tunnel junctions.
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
。This example was created by forming, for example, an aluminum conductive line pattern 11 on an insulating substrate 10, and covering the surface with approximately 50%
It can be easily formed by a process in which a thin film insulator 1 made of alumina is formed by oxidizing it by about λ, and then conductive line patterns 12 made of gold, silver, etc. are provided in an intersecting manner. A submicron pattern could be formed as a conductive line pattern. It was confirmed that when this element was irradiated with light, a tunnel current flowed and a stable output signal pattern was obtained.
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。6-FIGS. 2(a) and 2(b) are a plan view and a sectional view showing a second embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that a metal electrode pattern 2 in the shape of a cone or pyramid with a pointed tip is formed at the junction part, and a thin film insulator 1 is placed on top of the metal electrode pattern 2, and a conductive line pattern 12 made of gold, silver, etc. is formed on top of the metal electrode pattern 2. It was formed.
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。First, a conductive line pattern 11 is formed on an insulating substrate 10 using an ion implantation method or a lithography method. A metal electrode pattern 2 made of tungsten, aluminum, or the like is formed on this conductive monolithic line pattern 11 by a seven-off method. At this time, the metal electrode pattern 2 was close to a cone shape, but in order to further sharpen the tip, IJ was performed using argon ions while rotating the sample to obtain a cone or pyramid shape acute angle pattern. Here, tungsten was used as the metal, and many submicron tungsten cone patterns were formed. Then add argonium to 20-1
The thin film insulator 1 was deposited to a thickness of 0.00 mm and oxidized to form a thin film insulator 1. Furthermore, a conductive rough-in pattern of gold, silver, aluminum or the like having a thickness of 200 to 400 layers was formed to intersect with the conductive line pattern 11 in the lower layer. Thereafter, contact holes are made and wire bonding is performed to complete the element formation process.
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。An input voltage was applied between the electrodes of the neural network device thus fabricated, and it was found that the S/N ratio of the tunnel current caused by light irradiation to the dark current was better than that of the example shown in FIG. In addition, results were obtained that responded to shorter wavelength light.
(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。(Effects of the Invention) As explained above, the tunnel junction neural network device of the present invention allows the input/output operation pattern of the device to be freely selected by freely changing the light irradiation to each junction position. Because it is structurally simple and suitable for integration, it is highly effective in developing elements with more advanced functions such as a type of associative memory that mimics the nervous system and pattern recognition.
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FIGS. 1(a) and (b) are a plan view and a sectional view of a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and (b) are a plan view and a sectional view of a second embodiment of the present invention. 3(a) and 3(b) are a plan view and a sectional view of an example of a conventional neural network element. In the figure, 1... Thin film insulator, 2...
Metal electrode pattern, 10...Substrate, 11.12
......Conductive line pattern, 13...
Light, 14...Current amplifier, 21...Junction section, 21A...Resistance pattern, 2
2...Insulating layer. $l concave
Claims (1)
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。A neural network element that performs input/output operations similar to a nervous system by connecting conductive line patterns arranged in a matrix at a plurality of junction parts, characterized in that the junction parts are formed by tunnel junctions. neural network elements.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60197922A JPS6257266A (en) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | Neural network element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP60197922A JPS6257266A (en) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | Neural network element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6257266A true JPS6257266A (en) | 1987-03-12 |
Family
ID=16382506
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60197922A Pending JPS6257266A (en) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | Neural network element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6257266A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02114685A (en) * | 1988-10-25 | 1990-04-26 | Agency Of Ind Science & Technol | Switching element |
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-
1985
- 1985-09-06 JP JP60197922A patent/JPS6257266A/en active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
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