NUS-wetenschappers hebben multibit opto-elektronisch geheugen ontwikkeld met behulp van een heterostructuur gemaakt van tweedimensionale (2-D) materialen voor apparaten van de volgende generatie.

Opto-elektronische geheugens zijn apparaten die door fotonen gegenereerde ladingsdragers kunnen opslaan bij blootstelling aan licht. De opgeslagen kosten zijn later toegankelijk voor het ophalen van informatie. Deze apparaten kunnen worden gebruikt in systemen voor het vastleggen van afbeeldingen en spectrumanalyse. 2-D atomair gelaagde materialen zijn veelbelovende kandidaten voor de ontwikkeling van opto-elektronische geheugens van de volgende generatie om te voldoen aan de opkomende vereisten voor miniaturisatie van apparaten en structurele flexibiliteit. Echter, van opto-elektronische geheugens die zijn gefabriceerd met behulp van 2D-materialen, is gemeld dat ze last hebben van een slechte gegevensopslagcapaciteit met het hoogste gerapporteerde cijfer bij ongeveer acht verschillende opslagtoestanden.

Een team onder leiding van Prof Chen Wei van zowel het departement Scheikunde als het Departement Natuurkunde, NUS heeft een multibit-, niet-vluchtig opto-elektronisch geheugenapparaat dat tot 130 verschillende toestanden kan opslaan met behulp van een wolfraamdiselenide/boornitride (WSe ₂ /BN) heterostructuur. De heterostructuur, gemaakt van 2D-materialen, bestaat uit een monolaag van WSe ₂ op een 20-laags BN. De programmeer- (gegevens opslaan) en wissen (gegevens wissen) worden bestuurd door de toegepaste polariteit op het apparaat aan te passen. Tijdens de programmeerfunctie wordt een negatieve polariteit toegepast en dit zorgt ervoor dat de door fotonen gegenereerde elektronen uit de midgap-donorachtige toestanden van het BN-materiaal worden overgebracht naar de WSe ₂ materiaal. Dit laat gelokaliseerde (niet-mobiele) positieve ladingen achter in het BN-materiaal. Voor de wisfunctie, een positieve polariteit wordt toegepast. Dit zorgt ervoor dat de door fotonen gegenereerde elektronen uit de valentieband in het BN-materiaal recombineren met de gelokaliseerde positieve ladingen, terugbrengen naar een neutrale staat.

De hoeveelheid elektronen die naar de WSe . wordt overgebracht ₂ materiaal is afhankelijk van de duur van de blootstelling aan licht voor het apparaat. Een langere belichtingstijd zou betekenen dat er meer elektronen worden overgedragen. De onderzoekers ontdekten dat de voortdurende accumulatie van elektronen in de WSe ₂ materiaal dat overeenkomt met maximaal 130 lichtpulsen kan worden gedetecteerd voordat verzadigingsomstandigheden optreden. Elk van deze pulsen kan worden behandeld als een afzonderlijke opslagstatus. Tijdens prestatietesten, ze ontdekten dat het apparaat een gegevensretentie van meer dan 4,5 × 104 seconden vertoont en een cyclisch programma / wisduur van meer dan 200 cycli.

Het belang van de bevindingen uitleggen, Prof Chen zei:"Hoewel er nog steeds een prestatiekloof is in vergelijking met commercieel op silicium gebaseerd geheugen, deze apparaten zijn voordelig in elektronische toepassingen die structurele flexibiliteit vereisen. Het gebruik van deze WSe ₂ /BN 2-D gelaagde heterostructuur biedt een methode om een ​​multibit-geheugenapparaat te realiseren en kan de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van opto-elektronische geheugens van de volgende generatie."