Tough Memory Device Aims for Space Missions
Introduction
在太空探測中，暴露於輻射和極端溫度變化是太空探測器所遭遇的眾多危險之一，這對其電子元件的電路構成了特殊的挑戰。現在科學與技術學院的研究人員發明了第一款以氧化鎵為基礎的快閃記憶裝置，這種材料能夠比傳統電子元件更好地耐受這些惡劣環境。氧化鎵是一種半導體材料，儘管通常它是一種導電性較差的材料，但匯入某些雜質可以讓它載流。相比於多數電腦晶片所使用的矽材料，氧化鎵具有許多優點。例如，氧化鎵可以在低能量損耗的情況下支援高電流和電壓，並且可以透過低成本技術生長成高品質薄膜。最重要的是，它非常堅固。
Research and Development
研究人員已經可以利用氧化鎵製造電晶體和二極體。但是為了使氧化鎵電子元件得以發展，研究人員需要證實這種材料也可以用於記憶裝置。團隊研發的這款裝置是一種包含名為浮動閘極的層的電晶體型別，該層可捕獲電子以儲存資料。這種基本設計已經用於傳統快閃記憶裝置中。然而新裝置不使用矽，而是含有一層厚度僅為 50 奈米的氧化鎵。在氧化鎵上方是一小片氮化鈦，被一層非常薄的絕緣材料包裹，起到了浮動閘極的作用。
Programming and Erasing Data
為了將資料程式設計到浮動閘極中，研究人員施加一個正電壓脈衝，將來自氧化鎵的電子透過絕緣材料進入浮動閘極，然後被捕捉住。透過施加負電壓，可以將電子送回氧化鎵中，從而擦除資料。這些電子的位置影響了氧化鎵導電性的好壞，可以用來讀取記憶裝置的狀態。氧化鎵具有非常寬的帶隙，即釋放其電子所需的能量。這意味著即使在高工作溫度下，裝置的程式設計和擦除狀態之間仍存在很大差異。這種特性有助於使記憶體非常穩定，而且試驗樣品裝置能夠在 80 多分鐘內保持其資料。當前程式設計和擦除該裝置需要相對長的 100 毫秒的電壓脈衝，團隊希望能夠縮短這個時間。
Potential Applications
這項研究的負責人李曉航表示："在氧化鎵材料質量和裝置設計的進一步發展中，將為實際的極端環境應用提供更好的記憶效能。"這項研究成果發表在《日本應用物理學雜誌》上。
Conclusion and Editorial
這項研究的發現給太空探測和極端環境應用帶來了新的可能性。傳統的電子元件在面臨太空中的高溫和輻射等嚴酷條件時易於破壞，而氧化鎵製造的記憶裝置表現出良好的耐受性。
擁有這種高溫高壓特性的記憶裝置是實現更先進太空探測器的關鍵。它們可以在極端溫度和輻射環境下長時間保持穩定的資料儲存。
然而這種記憶裝置的應用並不僅限於太空探測。在各種極端環境下，例如軍事和科學研究，這種堅固和穩定的記憶裝置也具有巨大的潛力。
總之氧化鎵記憶裝置的出現是科技界在開拓極端環境應用方面的重要突破。隨著進一步研發和改進，我們有望在未來看到更多應用氧化鎵的創新技術。
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