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圖 新聞投稿
2021-09-24
臺師大與九州大學研發新世代發光記憶體 實現高速運算需求
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臺師大團隊發表新世代發光記憶體研究成果。圖為科技部自然司司長羅夢凡(左4)、臺師大許瑛玿研發長(左3)、科工學院高文忠院長(右1)、光電所李亞儒教授(右3)、張俊傑助理教授(左2)、研究生李家榮(左1)與嚴孟城(右1)。
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臺灣師大與九州大學研究團隊研究新型發光記憶體,登上國際期刊。
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研究圖
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臺師大光電所研發成果受到肯定,由科技部舉行研究成果記者會。
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九州大學玉田薰教授與臺師大張俊傑(右一)李亞儒(右二)合照
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臺師大研究生嚴孟城操作顯微螢光光譜系統分析鈣鈦礦量子點的光學特性
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研究第一作者臺師大研究生李家榮、嚴孟城。
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臺日跨國研發成果 登上國際知名期刊

國立臺灣師範大學攜手策略伙伴姊妹校日本九州大學,研發出一種新型高效能的發光記憶體,讓數據可以同時用電子和光學方式傳輸,研究登上國際期刊《自然通訊》,未來有望應用在資訊加密、網路通訊領域。

在科技部的基礎科學研究計畫支持下,臺師大光電工程研究所李亞儒教授、張俊傑助理教授及博士生嚴孟城、李家榮,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,於今(110)年7月在知名國際期刊《自然通訊》(Nature Communications)發表新的研究成果。臺師大研究發展處許瑛玿研發長和科技與工程學院高文忠院長,9月22日出席了科技部舉行的研究成果記者會,由科技部自然司司長羅夢凡主持。

研究團隊指出,團隊研發出的新型高效能「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(light-emitting electrochemical cell, LEC)與可變電阻式記憶體(RRAM)—使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。

記憶體應用層面廣泛,包括電腦、手機等,而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。

為克服問題,李教授團隊轉向鈣鈦礦,其使用由溴化銫鉛 (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,同步傳遞存取的記憶資訊。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。

羅夢凡司長表示,科技部長期深耕基礎研究,系統性的支持臺灣研究人員進行科學研究,全方位補助優質學術團隊進行科學突破,追求學術卓越並加強與國際的合作鏈結,發展關鍵技術進而推動產業發展及創造科研價值,本次發表的科學研發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,期待再不久的將來就能應用在像是群播網狀網路或者是高階數據加密系統的高科技中,進一步實現高速運算的需求。

許瑛玿研發長表示,臺師大與九州大學於2018年10月成為策略夥伴姊妹校關係,近年來除兩校學生交換外,雙邊也來回進行多次參訪交流,以及學術研究合作。2020年臺師大光電所張俊傑與李亞儒教授研究團隊曾與九州大學玉田薰教授研究團隊合作,共同開發新穎多共振模態彩色濾光片,榮登光學頂級期刊《ACS Photonics》發表,且上了期刊封面。

高文忠院長高度肯定跨國研究團隊成果,再度合作開發新型發光記憶體,展現兩校跨國學術研發能量,也為光電研究領域開創新穎與前端研究題材。(撰文:公事中心黃樂賢 / 編輯:胡世澤 / 核稿:鄧麗君)

《論文連結》All-inorganic perovskite quantum dot light-emitting memories (2021). https://www.nature.com/articles/s41467-021-24762-w

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