成大光電系陳蓉瑤助教 結合熱門材料提升光記憶體效能
成大光電系陳蓉瑤助理教授深耕光記憶體研製，2021年2月成立軟性光電元件實驗室。圖：成功大學提供
透過光照就能寫入、儲存資訊的「光記憶體」具備低能耗、適合長途傳輸優(yōu)勢，是推進下一世代通訊技術發(fā)展重要一環(huán)。國立成功大學光電系陳蓉瑤助理教授深耕光記憶體研製，引入在太陽能電池領域性質(zhì)優(yōu)異的鈣鈦礦材料作為光記憶體元件，成功將30秒的寫入時間縮短為0.005秒；而近期她的團隊採用「有機金屬磷光材料」改善鈣鈦礦材料穩(wěn)定性較差的特點，突顯優(yōu)良記憶效應，將有利於光通訊技術（Light Fidelity）、光子積體電路（Photonic Integrated Circuit）和記憶體內(nèi)運算（In-memory Computing）的未來發(fā)展。
陳蓉瑤助理教授指出，光記憶體在結構上類似於現(xiàn)在廣泛應用於積體電路元件中的「浮閘記憶體」，但有別於一般浮閘記憶體仰賴電力在閘極、汲極、源極三端點產(chǎn)生電場，達到驅(qū)動目的；「光記憶體」則可以在無供給電力的狀況下，僅以光照就達到資訊「寫入」效果。她表示，目前光記憶體雖未進展至純靠光照就達到資料儲存與抹除的效果，但由電力改為光照的趨勢下，將使記憶體的讀取速度更快、穩(wěn)定度也可以大大提升。
陳蓉瑤助理教授說明浮閘光記憶體的寫入動作僅需要仰賴光。圖：成功大學提供
為滿足未來大數(shù)據(jù)傳輸需求，許多國際廠商已相繼投資光通訊技術，其中，開發(fā)能快速響應的光記憶體將是一大關鍵。陳蓉瑤助理教授結合自身對有機材料、太陽能電池、浮閘記憶體等相關先備知識，著眼太陽能電池領域的熱門材料「鈣鈦礦」優(yōu)異光電效應表現(xiàn)，率先學界將其製作為光記憶體的浮閘材料，顯著縮短光記憶體的光照寫入時間。
「將太陽能電池跟浮閘記憶體的原理整合在一起，就可以做出一個好的光記憶體。」陳蓉瑤形容這個過程就像是在做創(chuàng)意料理，「想要什麼就自己加，看到什麼特點，如果想到湊在一起很搭，就會創(chuàng)造出新的東西。」陳蓉瑤整合所學，運用有機無機混和材料「鈣鈦礦」，加入高分子材料，成功研製出開發(fā)低成本、高效能的光記憶體，於2020年登上材料科學領域前5% 的國際期刊「先進功能材料」（Advanced Functional Materials），並獲選為當期封底內(nèi)頁。
然而，陳蓉瑤發(fā)現(xiàn)有機無機鈣鈦礦材料雖有極佳的光寫入效果，但其在常溫常壓的環(huán)境中穩(wěn)定性較差，應用容易遭受限制，因此她近期利用發(fā)光元件中常見的「有機金屬磷光材料」當作浮閘材料，並結合嵌段共聚物形成複合膜來進一步調(diào)控元件光電特性，延長光記憶體中光敏材料的激發(fā)子壽命。研究結果雖未能使光照寫入時間達到鈣鈦礦材料的效果，但相較離子性的鈣鈦礦穩(wěn)定性高，且不含有毒性的鉛離子，更具備商業(yè)化優(yōu)勢。更重要的是，有機金屬錯合物種類繁多，變化性較鈣鈦礦更大，此研究首次發(fā)現(xiàn)有機金屬錯合物之長激發(fā)子壽命於開發(fā)光記憶體的益處，2022年8月發(fā)表於國際期刊「先進功能材料」。陳蓉瑤表示，未來可藉由調(diào)整化學結構進一步優(yōu)化光記憶體的電性表現(xiàn)，具有很大的發(fā)展空間。
「目前的研究都是在過去經(jīng)驗上，將現(xiàn)有舊的材料加入新的應用。」相繼在材料與光電元件的製備上取得突破，陳蓉瑤認為具備紮實的基本功很重要。她回憶自己在成大化工系接受許多有機材料的基本知識訓練，同時吸收半導體相關知識，隨著研究越深越廣，發(fā)現(xiàn)有機材料的豐富加成特性有助於研究人員開發(fā)新的元件，並嘗試利用有光電特性的高分子做各種光電元件，例如：場效應電晶體、記憶體跟太陽能電池等，後來才發(fā)現(xiàn)可以將鈣鈦礦材料應用到光記憶體。
除了多篇研究發(fā)表於國際期刊，陳蓉瑤也曾獲科技部106學年度博士後研究人員學術著作獎、科技部107學年度「年輕學者養(yǎng)成計畫」愛因斯坦培植計畫得主、107年臺綜大「年輕學者創(chuàng)新研究成果選拔」佳作獎、中正大學工學院109學年度青年學者獎以及「2030跨世代年輕學者方案」新秀學者研究計畫等，在學界屢獲肯定，而她卻坦言並非一開始就想過成為學者。
陳蓉瑤說自己大學進入化工系便朝著工程師的目標發(fā)展，碩士畢業(yè)到進入職場以後，反思自己的經(jīng)驗與個性，才決定攻讀博士並重返教職，一路上她很幸運能有家人的支持。如今返回母校任職，陳蓉瑤期待學生們能知道所學如何應用，而不只是拘泥於背誦的細節(jié)。此外，她也提及自己曾在通識課學習到查找資料與整理資料的概念，雖然不夠精深，但也受用至今，並以此鼓勵學生多多善用綜合型大學的資源，多方嘗試與學習。
未來，面對光感測應用領域還有許多有待挑戰(zhàn)與突破之處，陳蓉瑤則希望透過各種有機材料與製程技術的整合，投入高分子材料的開發(fā)與製造，使光電元件具備可拉伸特性、高穩(wěn)定性、生物相容性等特色，為智慧醫(yī)療、人眼視神經(jīng)修復、視覺記憶、人體智慧標籤等科技進展貢獻所長。
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