Schematisk illustration av den optoelektroniska minnesanordningen tillverkad genom skiktning av ett monolager WSe2 på en 20-lagers BN. Kredit:National University of Singapore
NUS-forskare har utvecklat multibit optoelektroniskt minne med hjälp av en heterostruktur gjord av tvådimensionella (2-D) material för nästa generations enheter.
Optoelektroniska minnen är enheter som kan lagra fotongenererade laddningsbärare när de utsätts för ljus. De lagrade avgifterna kan nås senare för informationshämtning. Dessa enheter kan användas i system för bildtagning och spektrumanalys. 2-D atomiskt skiktade material är lovande kandidater för utvecklingen av nästa generations optoelektroniska minnen för att möta nya krav för enhetsminiatyrisering och strukturell flexibilitet. Dock, optoelektroniska minnen tillverkade med 2D-material har rapporterats lida av dålig datalagringsförmåga med den högsta rapporterade siffran vid cirka åtta distinkta lagringstillstånd.
Ett team som leds av professor Chen Wei från både institutionen för kemi och institutionen för fysik, NUS har utvecklat en multibit, icke-flyktig optoelektronisk minnesenhet som kan lagra upp till 130 distinkta tillstånd genom att använda en volframdiselenid/bornitrid (WSe) 2 /BN) heterostruktur. Heterostrukturen, gjord av 2D-material, omfattar ett monolager av WSe 2 på en 20-lagers BN. Programmeringsfunktionerna (lagra data) och radering (radera data) styrs genom att justera den applicerade polariteten på enheten. En negativ polaritet appliceras under programmeringsfunktionen och den gör att de fotongenererade elektronerna från de donatorliknande tillstånden i mellangap i BN-materialet överförs till WSe 2 material. Detta lämnar efter sig lokaliserade (icke-mobila) positiva laddningar i BN-materialet. För raderingsfunktionen, en positiv polaritet appliceras. Detta gör att de fotongenererade elektronerna från valensbandet i BN-materialet rekombinerar med de lokaliserade positiva laddningarna, återföra den till ett neutralt tillstånd.
Mängden elektroner som överförs till WSe 2 Materialet beror på hur länge ljusexponeringstiden är för enheten. En längre exponeringstid skulle innebära att fler elektroner överförs. Forskarna fann att den kontinuerliga ackumuleringen av elektroner i WSe 2 material motsvarande upp till 130 ljuspulser kan detekteras innan mättnadsförhållandena sätts in. Var och en av dessa pulser kan behandlas som ett distinkt lagringstillstånd. Under prestationstestning, de fann att enheten uppvisar en datalagring på över 4,5×104 sekunder och ett cykliskt program/raderingsuthållighet som överstiger 200 cykler.
Förklara betydelsen av fynden, Prof Chen sa, "Även om det fortfarande finns ett prestandagap jämfört med kommersiellt kiselbaserat minne, dessa anordningar är fördelaktiga i elektroniska tillämpningar som kräver strukturell flexibilitet. Användningen av denna WSe 2 /BN 2-D skiktad heterostruktur tillhandahåller en metod för att uppnå multibit minnesenhet och kan bana väg för utvecklingen av nästa generations optoelektroniska minnen."
