應用於可見光網路通訊之多組態光感測記憶體

　　「可見光網路通訊」因具有寬波段及可搭配固態照明裝置的優勢，成為下世代網路通訊的最佳候選科技。本技術展示以薄膜電晶體為架構之新型多組態光感測記憶體，利用鋅錫氧化物（Zinc tin oxide, ZTO）作為電晶體的半導體主動層，結合金奈米粒子形成「共主動層」，可擴大可見光感測頻譜，增強光訊號轉成電流訊號之能力。將原先可見光通訊所需之感光元件、運算元件以及記憶元件合而為一，不僅簡化製作程序，降低成本，微縮體積，更可加速傳輸速度，進一步推展未來行動通訊裝置之先進功能。

      是否曾感覺只要到人多的公共場所，網路連線容易發生斷訊且不穩定的現象？由於近年來無線網路通訊技術發展迅速，現有WiFi或4/5G網路通訊皆是利用無線電波(Radio waves)來進行訊號傳輸，在大量通訊需求下，開始產生無線電波波段短缺的現象，且其訊號越來越容易受到外在電磁波干擾，導致高延遲的問題。為解決無線電波波段難以負荷的困境，選用超大頻寬的可見光進行訊號傳輸，有望成為次世代的網路通訊技術。“可見光網路通訊”技術利用可見光頻寬(430 THz～790 THz)約為無線電波(3 kHz～300 GHz) 10³-10⁴倍的優勢，可提供更多的頻寬(波段)，避免不同頻率的訊號干擾問題，大幅增加傳輸速度。可見光通訊可搭配固態照明技術，如：以LED燈泡作為可見光訊號發射器，發出的低強度明暗閃爍訊號，搭配感光元件、邏輯運算元件以及記憶元件，偵測可見光訊號並加以編碼，來完成數據的傳輸。作為訊號發射器的LED燈泡，同時也是日常照明使用，藉此減少無線路由器的使用，以及無線電波對人體有害的疑慮。

       為搭配可見光網路通訊，本技術提出可直接感測並儲存可見光訊號資料之多組態光感測記憶體元件（圖一）。此元件以薄膜電晶體為基本架構，利用鋅錫氧化物（Zinc tin oxide, ZTO）作為電晶體的半導體主動層，並適當添加金奈米粒子，製作方式十分簡便。置入金奈米粒子於電晶體，可與原有之氧化物半導體形成「共主動層」，擴大可見光感測頻譜，將光訊號順利轉為電流訊號；且金奈米粒子與氧化物半導體之界面具有擷取或釋放電子的能力，可進一步調控電流訊號強度，藉此將電流訊號所代表資料數據完整儲存。此外，對於不同波長或強度的光訊號，此元件可響應出不同程度電流值，並且可以維持長久時間，故可形成多組態光感測記憶體特性，增加儲存資料的密度（圖二）。

       此新型多組態光感測記憶體兼備感測光訊號與記憶資料功能；因為省去光感測器元件，可具體節省光電訊號轉換所需的時間或是能耗。由於此元件以場效電晶體為基礎，且兼具感測器與記憶體功能，配合適當的電路設計，將有機會進行邏輯運算，實現“感測器內運算(Computing-In-Sensor) ”及“記憶體內運算(Computing-In-Memory) ”的先進運算架構。因此，針對未來“可見光網路通訊”所需之感光元件、邏輯運算元件以及記憶元件，本研究所提出之新型多組態光感測記憶體，可將此三者合而為一，不但可讓製作程序簡化，成本降低，更可以加速傳輸訊號速度，讓產品變得更輕薄，更為符合行動通訊裝置所需。

圖1 多組態光感測記憶體示意圖

圖2 光感測記憶體在照射405、520及635奈米光波後，長時間光記憶性質表現