Newswise — В эпоху цифровых технологий скорость хранения и обработки данных стала ключевым узким местом в технологическом развитии. Особенно с развитием технологий искусственного интеллекта и Интернета вещей были выдвинуты более высокие требования к восприятию, хранению и обработке больших объемов данных. Традиционные устройства памяти имеют такие недостатки, как медленная передача данных и высокое энергопотребление, и существует острая необходимость в новой технологии хранения данных, которая могла бы преодолеть это узкое место. Недавно исследовательская группа под руководством профессора Ли Дабина и Сунь Сяоцзюаня из Института Чанчуня кафедры оптики, точной механики и физики Китайской академии наук опубликовала результаты исследований в журнале Свет: наука и приложения с названием «Энергонезависимый и реконфигурируемый двухполюсный электрооптический дуплексный мемристор на основе III-нитридных полупроводников», обеспечивающий возможное решение этой проблемы. Их энергонезависимый оптоэлектронный дуплексный мемристор на основе полупроводников III-нитрида не только превосходно работает в качестве электрического хранилища, но также обладает характеристиками оптически управляемого хранилища, открывая новый путь для будущих интеллектуальных вычислений и хранения данных.

Они успешно реализовали энергонезависимый оптоэлектронный дуплексный мемристор типа диода Шоттки на основе гетероперехода AlScN/GaN, как показано на рисунке 1a. Этот мемристор умело сочетает в себе превосходные сегнетоэлектрические свойства материала AlScN с превосходными оптоэлектронными свойствами материала GaN, что позволяет ему демонстрировать превосходные характеристики как в электрическом, так и в оптическом режимах хранения.

В режиме электрического накопления изменение состояния сопротивления мемристора вызвано сегнетоэлектрической инверсией поляризации слоя AlScN, что достигается за счет воздействия на ширину обеднения и высоту барьера переноса электронов устройства. В ходе исследования было обнаружено, что, прикладывая напряжения смещения в разных направлениях, можно вызвать инверсию сегнетоэлектрической поляризации слоя AlScN, как показано на рисунке 1b, тем самым циклически переключаясь между состоянием высокого сопротивления (HRS) и состоянием низкого сопротивления (LRS). ), как показано на рисунках 1c~e, обеспечивая программируемое хранение и чтение.

В режиме фотоэлектрического хранения окном памяти мемристора можно управлять, регулируя интенсивность света, как показано на рисунке 2а. По мере увеличения интенсивности света напряжение инверсии поляризации мемристора значительно уменьшается, что доказывает производительность оптического накопителя устройства. Это связано с тем, что эффект фотопроводимости в области пространственного заряда GaN и эффект уменьшения барьера переноса электронов, вызванный фотогенерированными носителями, могут регулировать смещение, приложенное к слою AlScN, тем самым изменяя критическое напряжение для изменения состояния общего сопротивления устройства. Аналогично, в режиме программирования «оптическая запись» — «электрическое чтение» — «электрическое стирание» устройство демонстрирует хорошие реконфигурируемые характеристики, как показано на рисунках 2b-c.

Кроме того, они также исследовали возможности применения мемристора в логических операциях в режимах чисто электрического программирования и оптоэлектронного гибридного программирования. Благодаря совместной работе двух мемристорных устройств и внешних резисторов таблица истинности «IMP» и логическая «ложная» операция были успешно воспроизведены, продемонстрировав широкие перспективы ее применения в области вычислений с памятью.

###

Ссылки

DOI

10.1038/s41377-024-01422-4

Исходный URL-адрес источника

https://doi.org/10.1038/s41377-024-01422-4

Информация о финансировании

Эта работа поддерживается Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая. [2021YFA0715600]; Национальный фонд естественных наук Китая [62121005, U22A2084]; Ассоциация содействия молодежным инновациям CAS [2023223]; Фонд естественных наук провинции Цзилинь [20230101345JC, 20230101360JC, SKL202302026]; Программа спонсорства молодых элитных ученых от CAST [YESS20200182].

О Свет: наука и приложения

Свет: наука и приложения в первую очередь будет публиковать новые результаты исследований по новейшим и новым темам оптики и фотоники, а также освещать традиционные темы оптической техники. В журнале будут публиковаться оригинальные статьи и обзоры, которые отличаются высоким качеством, вызывают большой интерес и имеют далеко идущие последствия.