科研进展丨氧化物半导体团队在非易失性光电存储领域取得新进展
人机交互（MMI）、人工智能（AI）和物联网（IoT）等行业的快速发展对先进数据存储技术的需求日益增加。然而，目前大多数存储技术仍面临着数据保存时间短、转换速度慢或数据安全性能不足等问题。特别是对于深紫外光电存储和光电突触而言，其数据保存时间通常仅限于毫秒或小时量级，远不能满足实际应用中长达数年的数据存储需求。
为了解决这一问题，松山湖材料实验室梅增霞研究员团队与山东理工大学张永晖博士等合作者联合开发了一种新型的存储技术，旨在抑制光生电子和空穴的复合，从而延长光电存储器的数据存储时间。具体来说，他们通过巧妙利用β-Ga2O3/SiO2 TFT结构中的边界陷阱（border traps）（图1），有效实现了光生空穴的束缚及其和光生电子的空间分离。这种空间分离能够让电子和空穴在体系的不同层材料中稳定存在，从而延长了它们的寿命，因而大幅提高了数据存储时间。
图 1 p++-Si/SiO2/β-Ga2O3 MOS结构中边界陷阱和E’中心的示意图
该研究成果不仅展示了非易失性存储器的长时间数据存储能力（≥10年），同时具备快速的写入（≤20ms）和擦除速度（≤40ms）。此外，该存储器还具有很好的鲁棒性和稳定性，能够在不同的存储条件下保持优异的性能。这一成果不仅为构建高性能非易失性光电存储器件提供了一种全新的策略，还展示了如何巧妙地利用材料缺陷实现新的器件功能，为半导体器件的缺陷应用提供了新思路。
图 2 非易失光电存储器工作原理示意图及通电、断电存储时间测试结果
相关研究成果以“Border Trap-Enhanced Ga2O3 Nonvolatile Optoelectronic Memory”为题，发表在国际知名期刊Nano Letters上。张永晖博士为第一作者，梅增霞研究员为共同通讯作者，松山湖材料实验室为共同通讯单位，同时本工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和山东省青创团队的资助。