研究提出新型光电存储结构设计及实现技术

松山湖材料实验室研究员梅增霞和博士朱锐联合其他合作者，提出了一种基于光敏介质的全新光电存储器件结构。相关成果近日发表于《自然–通讯》，并被推荐为Feature Article。

光电存储器件是将光的信息转换为电信号并进行存储的一类新型器件。相比于传统的闪存器件，额外的控制端——光的加入赋予了光电存储器件新的调控维度，因此会带来一些新的、迷人的器件特性。当前光电存储器件的研究仍处于起步阶段，主要存在着编程电压高（> 20 V）、编程光功率大（> 1mW cm-2）和可移植性差等问题。

该研究提出了一种基于光敏介质的全新光电存储器件结构。借鉴闪存的结构，在保留浮栅的同时，研究人员用传统的栅介质层取代了隧穿介质层，将光敏层放到了上面常规介质层的位置——通过光脉冲调控光敏介质层的绝缘特性和光敏特性即可实现数据的擦写和存储；另外，在该结构中只需提供一个小的栅压去明确光生载流子的运动方向即可，因此光生载流子的存储利用率也得到了极大的提高。

该设计完全改变了传统闪存结构中载流子注入/离开浮栅的方式和方向，因此巧妙摆脱了器件性能对沟道层的依赖。可以看到，该创新设计可从根本原理上解决器件能耗高和移植性差等问题。

光敏介质层的选择和可控制备是实现该设计的核心。研究人员基于多年的氧化物半导体材料及器件研究经验，选择了非晶氧化镓作为光敏介质层制备了最终的光电存储器件。器件的最大操作电压和光功率密度均实现了大幅度的降低（4V和160 mW cm-2），同时也实现了优异的多态存储和疲劳特性等器件性能。

该研究创新的器件结构和工作机制可以移植到与光刻工艺兼容的任何晶体管上，如应用到Si基晶体管上，以实现高性能固态存储；应用到有机或二维材料基晶体管上，以实现柔性存储；还可用于同时兼顾传感和存储的多功能传感研究领域。