【器件论文】栅极可重构 ZnO/β-Ga₂O₃ 异质结光电晶体管实现双波长紫外光响应与光电突触行为

        由深圳大学、深圳职业技术大学、甬江实验室的研究团队在学术期刊 ACS Applied Electronic Materials 发布了一篇名为 Gate-Reconfigurable ZnO/β-Ga₂O₃ Heterojunction Phototransistor Enabling Dual-Wavelength Ultraviolet Photoresponse and Optoelectronic-Synaptic Behaviors（栅极可重构 ZnO/β-Ga₂O₃ 异质结光电晶体管实现双波长紫外光响应与光电突触行为）的文章。

摘要

        下一代智能光电子系统面临的一个核心挑战是在单个器件中同时集成光电探测和神经形态传感器内计算功能，以消除物理分离单元之间的冗余数据传输。在此，该团队展示了一种栅极可重构的 ZnO/β-Ga₂O₃ 异质结光电晶体管，该晶体管通过偏置可切换的载流子传输路径调和了这两种相互对立的功能。该器件设计结合了（i）大的界面导带能阶和（ii）分布在 Ga₂O₃ 层中的氧空位相关陷阱态，使得外部栅极电压能够在快速电子传输/收集和氧空位介导的持续光电导性（PPC）之间切换主导机制。在 366 nm 光照下的光电探测模式（V_G = +10 V）中，该光电晶体管表现出 7.5 × 10⁴ A/W 的响应率、7.8 × 10¹⁴ Jones 的散粒噪声极限比探测率和 3.8 × 10⁷ % 的外部量子效率，且光强仅为 10 μW/cm²。在 290 nm 下的补充测量进一步证实了该器件的双波长紫外响应。该模式能够在单个晶体管内实现光学 ASCII 通信和强度可重构的布尔逻辑（与/或）。在神经形态突触模式（V_G = –10 V）下，富含氧空位的 Ga₂O₃ 层中增强的电子约束激活了显著的 PPC，从而在 290 nm 和 366 nm 激发下均能稳健模拟突触可塑性，包括成对脉冲易化（PPF）、短时程到长时程（STP-LTP）可塑性转换、学习-遗忘-再学习以及巴甫洛夫条件反射。此外，利用 PPC 作为一种生物启发资源，该团队将功能扩展到人工伤害感受器（痛觉过敏和异常性疼痛）和双波长时空编码，这凸显了一种用于集成神经形态视觉和可编程光电子计算硬件的多功能材料/器件策略。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsaelm.6c01368