面向节能电子器件的 Si/SiOx/ZnO 异质结构中纳安阻变开关的界面门控 可供购买

《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性强的电阻开关平台，其中横向电场栅控实现了对界面电荷输运的确定性、无损调控。电学表征表明，横向器件电压呈现出显著微分电导极大值，以及栅场诱导的费米能级附近态密度调制。这些观察结果表明，器件在欧姆导与陷阱电荷受限电导（TCLC）两种机制之间发生交叉，其输运过程受陷阱介导的载流子动力学及电场驱动的电荷重分布所支配。采用四端器件架构，通过可逆的栅压调制，可在高阻态（HRS）与低阻态（LRS）之间实现可重复的切换，同时允许读写操作并行进行。开关行为归因于界面准二维电子气（q-2DEG）的调制，该电子气充当主要导电通道。电阻状态由施加栅压的极性唯一确定，从而提供确定性的类数字存储器功能。此外，通过受控的栅压变化可实现可编程的多级电阻态，凸显了该异质结构在模拟及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4,000 s的测试时间内保持可重复的电阻开关循环，未出现可测量的退化。器件性能对ZnO层厚度具有强依赖性。在所研究的结构中，72 nm厚度的ZnO表现出最优的开关性能，在当前测量条件下实现了约25的电阻比。为理解观测行为的微观起源，研究人员进行了第一性原理密度泛函理论（DFT）计算。计算结果揭示界面氧离子是电场驱动电荷重分布和局域态形成的关键介质，直接影响载流子输运和电阻开关特性。理论结果为实验观测到的界面电子态和导电通道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行的有效控制参数，本研究推动了Si/SiO_x/ZnO异质结构作为高密度非易失性存储技术和下一代神经形态计算架构的可扩展、节能平台的开发。

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? 2026 作者(s)。由英国皇家化学学会出版

2026

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