MMI集積レーサトラック共振器と埋め込みReRAMを用いた広帯域不揮発性光メモリ

科学分野:

• フォトニクスおよび光学工学、材料科学、不揮発性メモリデバイス

背景:

• シリコンフォトニックデバイスは、高速通信とコンピューティングに不可欠です。フォトニック回路にメモリ機能を統合するには、効率的な光と物質の相互作用と広帯域動作が必要です。既存のソリューションは、帯域幅、消費電力、またはスケーラビリティに制限があることがよくあります。

研究 の 目的:

• 不揮発性、多値シリコンフォトニックメモリデバイスを開発すること。広帯域動作と波長分割多重（WDM）機能を実現すること。メモリ統合のための光と物質の相互作用を強化し、消費電力を削減すること。

主な方法:

• マルチモード干渉（MMI）カプラーとマイクロレーサトラック共振器（MRR）の統合。高誘電率材料（BiFeO3、Al2O3）と昇華膜スタック（EFS）を使用した抵抗性ランダムアクセスメモリ（ReRAM）層の埋め込み。モード閉じ込めと導電性の向上のための透明ITO電極の使用。

主要な成果:

• MMI誘起のより強い共振器結合による共振線幅（FWHM）の1.8-11.7 nm（0.22-1.47 THz）の広がり。メモリ状態の識別可能性と動作安定性を向上させる9.9-16.9 nmの自由スペクトル範囲（FSR）の拡大。0 V動作下で4.72 nmと5.49 nmの波長シフトを伴う不揮発性、多値メモリ状態の実証、多値機能の確認。

結論:

• 開発されたCMOS互換フォトニックメモリアーキテクチャは、テラヘルツレベルの静的光帯域幅を持つ広帯域でスケーラブルなメモリ機能を提供します。MMI-MRR設計により、メモリ状態の識別可能性、チャネル間隔、および動作安定性が向上します。この技術は、光ストレージ、論理回路、ニューロモルフィックコンピューティング、および再構成可能なフォトニックシステムに大きな可能性を秘めています。