• 實驗室照片。(科技部提供)
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  • 不同尺寸的鈣鈦礦量子點及所製作出的光記憶體元件。(科技部提供)
  • 國立臺灣師範大學光電工程研究所教授李亞儒、張俊傑,與日本九州大學材料化學與工程研究所玉田薫聘教授組成研究團隊,共同於今(110)年7月在知名國際期刊《自然通訊》發表「發光記憶體」,有望在未來半導體產業中實現更多工的數據存取模式,並為鈣鈦礦的光電子學開闢一條新應用途徑。(科技部提供)

新型高效發光記憶體 有望實現高速儲存讀取

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發佈:王唯瑾來源:臺北上架時間:2021/09/22 14:02:22

國立臺灣師範大學光電工程研究所教授李亞儒、張俊傑,與日本九州大學材料化學與工程研究所玉田薫(Kaoru Tamada)特聘教授組成研究團隊,共同於今(110)年7月在知名國際期刊《自然通訊》發表「發光記憶體」,整合兩個同樣以鈣鈦礦為基礎的獨立元件—發光電化電池與可變電阻式記憶體(RRAM)—讓數據同時以電子和光學方式傳輸,有望在未來半導體產業中實現更多工的數據存取模式,並為鈣鈦礦的光電子學開闢一條新應用途徑。

 

電腦記憶體是系統的短期資料儲存區,系統執行的程式越多,需要的記憶體就越多。市場上存在多種不同形態、不同材質的記憶體,到目前為止,任何一種儲存裝置都有其缺點。目前較為普遍的數據儲存與讀取的元件就是快閃記憶體,主要用於一般性資料儲存,以及在電腦與其他數位產品間交換傳輸資料,如記憶卡與隨身碟。但為找到更有效率的儲存和讀取方法,研究人員仍積極開發次世代記憶體元件。

 

目前市場預期可成為現行記憶體元件的替代品之一,為非揮發性的可變電阻式記憶體(RRAM),電阻式記憶體並不是像快閃記憶體,將電荷存儲在電晶體中,而是使用可在高電阻和低電阻狀態之間切換的材料來表示1和0的位元數據。不過RRAM透過檢查電阻,讀取0和1所需的電子檢測方式會限制整體速度。雖然近來已有研究將RRAM與LED結合,成為發光記憶體,可讓數據額外進行光學讀寫,然而這樣的發光記憶體需要結合兩個具不同材料系統的獨立元件,使製程整合變得複雜。

 

為了克服問題,李教授團隊轉向鈣鈦礦,使用由溴化銫鉛 (CsPbBr3) 組成的鈣鈦礦量子點,證明可在其中一個充當鈣鈦礦 RRAM元件中,以電子方式進行數據寫入、刪除和讀取。同時,第二個作為鈣鈦礦LEC的元件具高速光學傳輸特性,可透過發光方式寫入或是刪除數據。

 

此外,在發光記憶體元件中使用兩種不同尺寸的鈣鈦礦量子點,藉由量子侷限效應改變發光波長,來即時判讀發光記憶體是處於1或0的記憶狀態。團隊透過控制外加電場下離子在鈣鈦礦晶體結構中遷移的特性,成為具有獨特物理、光學與電學性能的新材料,因此只需使用單一種鈣鈦礦半導體作為兩個獨立元件的基礎材料,大幅簡化製程。

 

這項科學創新突破受到科技部的基礎科學研究計畫支持,科技部表示,此研究成果能夠拓展鈣鈦礦材料的應用範疇,可作為電子學和光子學兩者高同調整合的新範例。這項發現具有高度潛力,期待在不久的將來,能應用在如群播網狀網路、或高階數據加密系統的高科技當中,進一步實現高速運算的需求。

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