Si CMOSの非理想性を,ストキャスティックおよびアナログ画像処理に再利用する

科学分野:

• 半導体デバイスの物理 半導体デバイスの物理
• アナログコンピューティングアーキテクチャのアナログコンピューティングアーキテクチャ
• マテリアルサイエンス 材料科学

背景:

• 固有のデバイスの非理想性は,通常,従来の半導体工学で最小限に抑えられます.
• 1/fノイズと比較して,生成再結合 (G-R) ノイズと衝撃イオン化誘発負微分抵抗 (NDR) に限られた注意が払われてきました.

研究 の 目的:

• 先進的なストキャスティックアナログコンピューティングのためのデバイスの非理想性の戦略的再利用を実証する.
• G-RノイズとNDRを活用して,単一のデバイスレベルでの多機能アナログコンピューティングを行う.

主な方法:

• 深層チャネルトラップによるG-Rノイズとインパクトイオン化によるNDRを身体の電流で利用した.
• 産業用シリコンコンプリメンタリー金属酸化物半導体 (CMOS) 工法で製造された完全に枯渇したシリコン・オン・インソレーター・トランジスタを使用した.
• 適用されたバイアスの条件を再構成することによって,多機能コンピューティングを達成しました.

主要な成果:

• 制御可能な時間相関を持つ実証されたG-Rノイズ.
• 前例のないピークとバレーの比率 (2.78 × 10 ^ 4) でNDRを達成しました.
• シングルトランジスタはストキャスティック暗号化,ディテリミニスト信号読み出し,アナログ反転を行いました.

結論:

• 成熟したCMOS技術の未知のコンピューティングの可能性を明らかにした.
• エキゾチックな素材に基づいた建築に対するスケーラブルでエネルギー効率の良い代替案を提示した.
• 次世代のアナログコンピューティングシステムの基礎を築きました.