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多晶β-Ga2O₃在神经形态信息存储中的应用：载流子陷阱中心导致持续光电导效应
Polycrystalline β-Ga2O3 Used in Neuromorphic Information Storage: Trapping Centers for Carriers Leads to Persistent Photoconductive Effect
| 作者 | Zhao-Ying Xi · Mao-Sheng Liu · Shan Li · Xue-Qiang Ji · Jia-Han Zhang · Ming-Ming Jiang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年10月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 神经形态视觉传感器 β-Ga₂O₃ 载流子捕获层 突触行为 图像存储 |
语言:
中文摘要
神经形态视觉传感器（NVSs）凭借突触行为解决了传统设备的瓶颈问题，有助于应对高功耗和处理速度慢的挑战。载流子俘获层在 NVSs 的突触行为中起着重要作用。在这项工作中，我们提出使用多晶 β - Ga₂O₃ 作为光敏和载流子俘获材料，以简化 NVSs 的多层结构。通过利用晶界增强了多晶 β - Ga₂O₃ 光电传感器的持续光电导（PPC）效应。通过表征和电学测试对俘获效应进行了深入研究。此外，研究表明，β - Ga₂O₃ 器件能够模拟生物神经形态行为，展现出多种基本突触行为。最后，已证明该器件能够存储光学图像超过 520 秒，存储 ASCII 信息超过 300 秒。这为 Ga₂O₃ 在神经形态存储设备中的发展拓宽了道路。
English Abstract
Neuromorphic visual sensors (NVSs) address the bottleneck of traditional devices with synaptic behaviors that help solve the challenges of large power consumption and slow processing speeds. The carrier trapping layer plays an important role in the synaptic behavior of NVSs. In this work, we propose a polycrystalline -Ga2O3 as both photosensitive and carrier trapping material to simplify the multilayer structure of NVSs. The persistent photoconductivity (PPC) effect of polycrystalline -Ga2O3 photosensor has been enhanced by utilizing grain boundaries. The trapping effect is thoroughly investigated by characterization and electrical tests. Furthermore, it is demonstrated that the -Ga2O3 device can mimic biological neuromorphic behavior with a variety of basic synaptic behaviors. Finally, the device has been proven to be able to store optical images for more than 520 s and ASCII messages for more than 300 s. It broadens the road for the development of Ga2O3 in neuromorphic memory devices.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于多晶β-Ga2O3的神经形态光电传感技术虽属前沿研究，但其核心机制与我们在储能系统和智能化电力电子设备中的技术需求存在潜在契合点。
该技术的持续光电导效应（PPC）和载流子捕获机制，本质上实现了一种无需外部供电的信息存储方式。这与阳光电源储能系统追求的低功耗、高可靠性目标高度一致。特别是在分布式储能和微电网场景中，如果能将类似的神经形态传感技术集成到电池管理系统（BMS）或能量管理系统（EMS）中，可能实现更智能的光照条件识别、发电预测和自适应控制，减少传统传感器和处理器的能耗开销。
从技术成熟度评估，该研究仍处于器件层面的原理验证阶段，距离工业化应用存在显著距离。520秒的图像存储时间对于实时控制系统而言过短，且多晶材料的一致性控制、温度稳定性、抗辐射性能等工业级可靠性指标尚未得到验证。然而，其简化多层结构的设计思路值得关注——这与我们在逆变器和储能变流器中追求的高集成度、低成本方向一致。
潜在机遇在于，Ga2O3作为超宽禁带半导体，其高击穿电压特性与阳光电源在高压大功率器件方面的技术积累可能产生协同效应。建议将此类神经形态技术纳入中长期技术雷达，重点关注其在边缘智能传感、故障预测性维护等辅助功能上的应用可能性，而非短期内的核心功率器件替代方案。当前阶段更适合通过产学研合作方式跟踪技术演进，评估其在新能源装备智能化升级中的实用价值。