強誘電体トランジスタを活用し、メモリ機能を内蔵した不揮発光位相器を開発：研究開発の最前線

東京大学は、強誘電体トランジスタを用いて、電源をオフにしても光位相の情報を失わない不揮発光位相器を開発した。メモリとして強誘電体を用いることで、電源オフの状態でも不揮発動作を光位相器に付与することに成功した。

» 2023年10月26日 11時00分公開

[MONOist]

　東京大学は2023年10月10日、強誘電体トランジスタを用いて、電源をオフにしても光位相の情報を失わない不揮発光位相器を開発したと発表した。メモリとして強誘電体を用いることで、電源オフの状態でも不揮発動作を光位相器に付与することに成功した。

強誘電体トランジスタで駆動した不揮発光位相器出所：東京大学

　研究チームがこれまでに開発した化合物半導体薄膜とシリコン光導波路を組み合わせ、ハイブリッド光位相器を製作。この光位相器は、強誘電体をゲート絶縁膜とした強誘電体トランジスタで駆動する。

強誘電体トランジスタで駆動した不揮発ハイブリッド光位相器出所：東京大学

　強誘電体トランジスタは、強誘電体中の自発分極の向きによって閾値電圧（V_th）をコントロールする。ソースフォロワ回路として動作させれば、閾値電圧によってソース端子に出力される電圧（V_o）が変化する。この電圧を利用し、ハイブリッド光位相器の光位相変化を管理する。

（a）強誘電体トランジスタをソースフォロワ動作させたときの出力電圧特性。（b）高閾値電圧（High V_th）状態と低閾値電圧（Low V_th）状態時の強誘電体トランジスタで駆動した際のハイブリッド光位相器の波長透過特性結果出所：東京大学

　強誘電体の自発分極は電源がオフになっても保持されるため、光位相情報も強誘電体の分極状態として記憶できる。これにより、メモリ機能を内蔵した不揮発光位相器が可能になった。このメモリ機能は、多値動作に対応することも実証できた。

　光位相器にメモリ機能を搭載したことで、光演算を用いた深層学習プロセッサの省電力化や、シリコン光回路に強誘電体トランジスタを集積した光電融合深層学習プロセッサへの応用が期待される。

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