Si/SiOx/ZnO异质结构纳安阻变效应的界面栅控：面向低功耗电子器件 可购买

《Materials Horizons》：Interfacial gating of nano-ampere resistive switching in Si/SiOx/ZnO heterostructures for energy-efficient electronicsAvailable to Purchase

　　

本文展示了一种基于Si/SiO_x/ZnO异质结构的高度可调且电学鲁棒的阻变开关平台，其中横向电场栅极调控实现了对横向电荷输运的确定性、精确控制。电学表征揭示，横向器件电压呈现出显著的高微分电导率峰值以及栅极场诱导的费米能级附近态密度的调制。电流-电压输运测量表明，器件在欧姆导电区和陷阱电荷限制导电（TCLC）区之间存在交叉，受陷阱介导的载流子动力学和电场驱动的电荷重新分布控制。利用四端器件架构，可逆的栅压调制实现了在高阻态（HRS）和低阻态（LRS）之间的可重复开关切换，同时允许进行同步的读取和写入操作。开关行为归因于ZnO导电沟道载流子密度的调制。电阻状态由施加栅压的极性唯一确定，提供了确定性的类二进制存储功能。此外，受控的栅压变化可实现可编程的多级电阻状态，突显了这些异质结构在模拟和神经形态计算应用中的潜力。在300-500 nA的恒定横向偏置电流下，器件表现出稳定的超低功耗运行特性，在超过4000秒内维持可重复的阻变开关循环且无可测退化。器件性能强烈依赖于ZnO层厚度。在所研究的结构中，72 nm厚度的ZnO表现出最佳的开关性能，在当前测量条件下实现了约25的电阻比。为了理解观测到的行为的微观起源，进行了第一性原理密度泛函理论（DFT）计算。计算识别出界面处的硅和氧离子是电场驱动电荷重新分布和局域态形成的关键介导者，直接影响载流子输运和阻变开关特性。理论结果为实验观测到的态密度和导电通路的调制提供了有力支持。通过确立电场栅控作为与结构工程并列的有效控制参数，本工作将Si/SiO_x/ZnO异质结构推进为一种可扩展且节能的高密度存储技术和下一代神经形态计算架构平台。

? 2026 作者。由英国皇家化学学会出版

2026

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