成大光電系陳蓉瑶做研究像做創意料理 結合熱門材料提升光記憶體效能
文、圖／陳意安
成大光電系陳蓉瑶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
透過光照就能寫入、儲存資訊的「光記憶體」具備低能耗、適合長途傳輸優勢，是推進下一世代通訊技術發展重要一環。國立成功大學光電系陳蓉瑶助理教授深耕光記憶體研製，引入在太陽能電池領域性質優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」改善鈣鈦礦材料穩定性較差的特點，突顯優良記憶效應，將有利於光通訊技術（Light Fidelity）、光子積體電路（Photonic Integrated Circuit）和記憶體內運算（In-memory Computing）的未來發展。
陳蓉瑶助理教授指出，光記憶體在結構上類似於現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、源極三端點產生電場，達到驅動目的；「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、穩定度也可以大大提升。
浮閘光記憶體量測示意圖（陳蓉瑶老師提供）
為滿足未來大數據傳輸需求，許多國際廠商已相繼投資光通訊技術，其中，開發能快速響應的光記憶體將是一大關鍵。陳蓉瑶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」優異光電效應表現，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。」陳蓉瑶形容這個過程就像是在做創意料理，「想要什麼就自己加，看到什麼特點，如果想到湊在一起很搭，就會創造出新的東西。」陳蓉瑶整合所學，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頁。
然而，陳蓉瑶發現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境中穩定性較差，應用容易遭受限制，因此她近期利用發光元件中常見的「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控元件光電特性，延長光記憶體中光敏材料的激發子壽命。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定性高，且不含有毒性的鉛離子，更具備商業化優勢。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，此研究首次發現有機金屬錯合物之長激發子壽命於開發光記憶體的益處，2022 年 8 月發表於國際期刊「先進功能材料」。陳蓉瑶表示，未來可藉由調整化學結構進一步優化光記憶體的電性表現，具有很大的發展空間。
(a)人工光突觸與非揮發性快閃光記憶體示意圖。(b)元件作用機制。（陳蓉瑶老師提供）
「目前的研究都是在過去經驗上，將現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，陳蓉瑶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，發現有機材料的豐富加成特性有助於研究人員開發新的元件，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，後來才發現可以將鈣鈦礦材料應用到光記憶體。
除了多篇研究發表於國際期刊，陳蓉瑶也曾獲科技部 106 學年度博士後研究人員學術著作獎、科技部 107 學年度「年輕學者養成計畫」愛因斯坦培植計畫得主、107 年臺綜大「年輕學者創新研究成果選拔」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。
陳蓉瑶助理教授說明浮閘光記憶體的寫入動作僅需要仰賴光
陳蓉瑶說自己大學進入化工系便朝著工程師的目標發展，碩士畢業到進入職場以後，反思自己的經驗與個性，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，陳蓉瑶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。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與突破之處，陳蓉瑶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與製造，使光電元件具備可拉伸特性、高穩定性、生物相容性等特色，為智慧醫療、人眼視神經修復、視覺記憶、人體智慧標籤等科技進展貢獻所長。
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新聞中心
更新日期:
2022-10-20