二维材料组成的多值光学存储器的开发

美国国家材料科学研究所（NIMS）已开发出一种能够使用光学和电压输入值来存储多个值的存储设备。由分层的二维材料组成的该设备能够光学控制存储在这些层中的电荷量。该技术可以用于显着增加存储设备的容量，并且可以应用于各种光电设备的开发。

用于存储信息的存储设备（例如闪存）在当今的信息社会中起着不可或缺的作用。这些设备的记录密度在过去20年中已大大增加。预期在不久的将来物联网技术将被广泛采用，因此希望加速开发更高速度，更大容量的存储设备。但是，当前通过硅微制造来增加存储容量和能源效率的方法即将达到其极限。因此，等待开发具有不同工作原理的存储设备。

图1.（a）由石墨烯，h-BN和ReS2层以及有线源电极和漏电极的堆栈组成的存储设备结构的示意图。（b）说明电荷积累过程的能带结构。结合使用电压和光来控制存储在石墨烯层中的电荷量。图片来源：国立材料科学研究所

为了满足预期的技术需求，该研究小组开发了由分层二维材料组成的晶体管存储器件，其中包括用作沟道晶体管的半导体二硫化rh（ReS 2），用作沟道晶体管的六方氮化硼（h-BN）。绝缘隧道层和石墨烯起浮栅的作用。该设备通过以类似于常规闪存的方式将电荷载流子存储在浮置栅极中来记录数据。ReS 2中的空穴电子对当被光照射时，层容易被激发。这些对的数量可以通过改变光的强度来调节。该小组成功地建立了一种机制，该机制允许石墨烯层中的电荷量随着所释放的电子再次与该层中的空穴耦合而逐渐减少。这一成功使该设备能够用作多值存储器，能够通过组合使用光和电压来有效地分阶段控制存储的电荷量。此外，该设备可以通过最大程度地减少电流泄漏来有效地运行能量-通过将二维材料分层，从而在原子级上平滑它们之间的界面，可以实现这一目标。

该技术可以用于显着增加存储设备的容量和能量效率。它还可以应用于各种光电设备的开发，包括光学逻辑电路和能够通过光和电压的组合使用来控制存储在其中的电荷量的高灵敏度光电传感器。