光與電,在電子系統裡一直被視為兩個獨立分開的元件功能。而來自台灣師範大學光電工程研究所的跨國研究團隊,卻打破了這個疆界,他們發現了透過整合可變電阻式記憶體(RRAM)和量子點鈣鈦礦,成功實現了一種同時具備儲存與發光功能的電子元件,為科技應用開啟了新的視野。
這個研究團隊是由科技部基礎科學研究計畫所支持,由國立臺灣師範大學光電工程研究所李亞儒與張俊傑教授,以及日本九州大學材料化學與工程研究所玉田熏(Kaoru Tamada)特聘教授,跨國組成的研究團隊。
RRAM為電阻式記憶體,是一種運用高電阻和低電阻狀態之間切換的材料,用以表示1和0的位元數據。然而RRAM需要透過先檢查電阻狀態,來讀取0和1的數值,因此限制整體儲存速度。雖然有研究將RRAM與LED結合,成為發光記憶體,讓數據額外進行光學讀寫,以改善效能。但RRAM與LED是兩個獨立元件,要整合並不容易。
而台師大的團隊則透過使用鈣鈦礦材料,成功突破了整合的瓶頸。
李亞儒教授表示,團隊使用由溴化銫鉛(CsPbBr3)組成的鈣鈦礦量子點,可在鈣鈦礦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,則具高速光學傳輸特性,可透過發光方式寫入或是刪除數據。
至於如何呈現不同狀態的光譜,李亞儒教授指出,他們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。
李亞儒教授強調,這個技術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,可以大幅簡化製程,同時也易與其他的半導體元件進行系統整合,大大提高了實用性。
在耐用性方面,李亞儒教授解釋,團隊選用溴化銫鉛化合物,除了能在常溫下來運作,同時也具備很好的耐用度。但因為使用了鉛,因此也衍生了一些環保的考量。至於實際的記憶體元件的讀取壽命,則有賴業者商品化才能得知,但在實驗室測試皆能達成目標。
整合了光與電的元件究竟可以用在哪裡?李亞儒教授表示,在應用領域上,未來將可望用於群播網狀網路(Mesh),或者是高階數據加密系統中。目前研究團隊也正在著手第二階段的研究,也就是希望反過來運作,也就是以光照來進行資料的寫入。