氧化镓室温本征铁电性获证实,高功率存储集成成为可能

存储器 网络 QIN 2026-03-02 12:07

近日,北京邮电大学物理科学与技术学院吴真平教授团队联合香港理工大学、南开大学等单位,在宽禁带半导体研究领域取得重要突破——实验验证了氧化镓(Ga₂O₃)的室温本征铁电性。相关研究成果发表于《科学进展》期刊。

氧化镓作为新一代超宽禁带半导体的“明星材料”,凭借其约4.8 eV的超宽禁带和优异的抗击穿特性,在高功率电子器件与日盲探测领域前景广阔。然而,如何让其同时具备类似“U盘”的记忆存储功能(即铁电性)一直是科学难题。宽禁带半导体需“刚性”晶体结构保证电学稳定性,而铁电材料需原子“柔性”位移实现信息存储,两者在结构上天然矛盾,长期被认为难以兼得。

面对这一挑战,研究团队采用工业兼容的金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,成功制备出高质量纯相外延κ-Ga₂O₃薄膜。通过精密实验表征,团队观测到稳定的铁电翻转现象,测得器件开关比超过10⁵,循环耐久性逾10⁷次。第一性原理计算与原子级成像进一步揭示了其微观机制:极化翻转是通过GaO₄四面体与GaO₆八面体之间的协同结构畸变实现,在不破坏化学键的前提下完成了铁电功能。

这一发现证实,宽禁带半导体特性与铁电性可以在单一材料中和谐共存,为解决长期学术争议提供了明确的实验依据。更重要的是,该研究为半导体技术开辟了新路径——利用单一材料平台(氧化镓),可同时满足高功率、高耐压以及非易失性存储的需求。这意味着未来有望在同一材料上实现功率处理与信息存储的双重功能,为智能电网、电动汽车、航空航天等极端环境下的多功能集成器件提供了全新的材料基础和设计思路。

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