光电子的非易失性调控

随磁场变化的巨磁电阻效应（2007年诺贝尔物理奖），随电场变化的阻变开关效应（下一代最具潜力的存储器），都是通过外场来非易失性地调控一种材料或者结构的物理状态或某一物理量（例如电阻等），以期获得特殊的物理特性，制备高精尖电子器件（例如存储芯片等）。

一般来说，半导体结构中光激发的光电效应都是易失性的（撤掉外场，恢复原状），如何通过光学手段非易失性地调控一种材料或者结构的物理量，一直是一个难以解决的瓶颈问题。传统的光电探测器仅具备记录瞬态光信号的功能，而进一步存储和输出这些数据需要额外的电子存储设备，这种多设备集成的电路会导致光信息从探测器到存储器的传输效率低、功耗大。因此，消除这些冗杂，实现直接的光信号非易失性存储和处理，是此领域长期追求的目标。

近日，上海交通大学物理与天文学院王辉教授课题组在基于半导体量子点（MoS2 QDs）的结构中发现了一种光诱导放大的非易失性光电子捕获效应，通过电脉冲和激光信号的协同作用，并结合势垒调控，成功实现了光电子的高效且持久的非易失性捕获，为研制非易失性光电存储器或传感器提供了一个新的方案。通常情况下，势垒调制手段主要表现在制备阶段时进行原子级化学修饰、将量子阱嵌入半导体层等；或者在操作阶段通过外场进行势垒调节，但总是表现为易失性。与这些工作不同，此工作采用了一种通过电荷陷阱效应来调控势垒的新方法。与此同时，利用该效应，课题组在制备的存储结构阵列中实现了同一物理空间中的图像传感和记忆，这一特性在模拟人类视觉系统的一些复杂功能方面也具有实际应用潜力，例如神经形态强化学习、图像感知和记忆等。

图1

(a) 光电子存储结构示意图
(b) 光电子存储器在执行“读/写”操作后的I-V特性曲线
(c) C-V特性曲线

图2 能带调节机理图

相关研究成果以“Laser-amplified nonvolatile charge trapping effect in semiconductor quantum dot structures”为题发表在美国光学学会旗舰期刊Optica上。王辉教授为文章的通讯作者，其博士研究生曹宇鸿为文章的第一作者。

文章链接

https://doi.org/10.1364/OPTICA.492416