光与电,在电子系统里一直被视为两个独立分开的元件功能。而来自台湾师范大学光电工程研究所的跨国研究团队,却打破了这个疆界,他们发现了透过整合可变电阻式记忆体(RRAM)和量子点钙钛矿,成功实现了一种同时具备储存与发光功能的电子元件,为科技应用开启了新的视野。
这个研究团队是由科技部基础科学研究计画所支持,由国立台湾师范大学光电工程研究所李亚儒与张俊杰教授,以及日本九州大学材料化学与工程研究所玉田熏(Kaoru Tamada)特聘教授,跨国组成的研究团队。
RRAM为电阻式记忆体,是一种运用高电阻和低电阻状态之间切换的材料,用以表示1和0的位元数据。然而RRAM需要透过先检查电阻状态,来读取0和1的数值,因此限制整体储存速度。虽然有研究将RRAM与LED结合,成为发光记忆体,让数据额外进行光学读写,以改善效能。但RRAM与LED是两个独立元件,要整合并不容易。
而台师大的团队则透过使用钙钛矿材料,成功突破了整合的瓶颈。
李亚儒教授表示,团队使用由溴化铯铅(CsPbBr3)组成的钙钛矿量子点,可在钙钛矿RRAM元件中,以电子方式进行数据写入、删除和读取。同时,第二个作为钙钛矿LEC的元件,则具高速光学传输特性,可透过发光方式写入或是删除数据。
至于如何呈现不同状态的光谱,李亚儒教授指出,他们在发光记忆体元件中使用两种不同尺寸的钙钛矿量子点,藉由量子局限效应改变发光波长,来即时判读发光记忆体是处于1或0的记忆状态。
李亚儒教授强调,这个技术只需使用单一种钙钛矿半导体,作为两个独立元件的基础材料,可以大幅简化制程,同时也易与其他的半导体元件进行系统整合,大大提高了实用性。
在耐用性方面,李亚儒教授解释,团队选用溴化铯铅化合物,除了能在常温下来运作,同时也具备很好的耐用度。但因为使用了铅,因此也衍生了一些环保的考量。至于实际的记忆体元件的读取寿命,则有赖业者商品化才能得知,但在实验室测试皆能达成目标。
整合了光与电的元件究竟可以用在哪里?李亚儒教授表示,在应用领域上,未来将可望用于群播网状网路(Mesh),或者是高阶数据加密系统中。目前研究团队也正在着手第二阶段的研究,也就是希望反过来运作,也就是以光照来进行资料的写入。