【国际论文】英国斯旺西大学：氧化镓忆阻器-电阻开关器件与新兴应用综述

        随着电子器件的发展，对具备更高性能、更好可扩展性和更高能效的新型材料与器件架构的需求不断增长。在此背景下，忆阻器因其在单一纳米器件中同时具备存储与计算功能而受到广泛关注。自1971年被提出以来，忆阻器已逐步发展为一种可实际应用的技术，在非易失存储器、类脑计算和自适应电路等方面展现出巨大潜力。现有的忆阻器材料体系包括二元氧化物（TiO₂、HfO₂、NiO 等）、钙钛矿氧化物、硫属化物、有机/聚合物、氮化物以及二维材料等，各自拥有独特优势，但在耐久性、速度、保持性、可控性和类模拟特性等综合指标上，没有一种材料体系能够全面占优。因此，寻找具备特殊优势的新材料成为研究热点。 在这一背景下，氧化镓（Ga₂O₃）凭借其超宽带隙（4.9 eV）、高击穿场强、优异的热化学稳定性和良好的缺陷容忍度，展现出在忆阻器应用上的巨大潜力。它不仅有望在高温、低漏电和高可靠性条件下运行，还可通过不同电极工程实现氧空位迁移型或电化学金属化型导电机理，甚至能实现透明器件和横向结构设计。此外，氧化镓忆阻器还具备将电阻性与电容性特征结合的潜力，从而赋予器件多功能化能力，在高密度存储和类脑计算中具有广阔前景。

        以氧化镓（β-Ga₂O₃）为基础的忆阻器，凭借其宽禁带、高热力学稳定性以及优异的化学稳定性，正逐渐成为面向存内计算的新一代电子器件的有力候选。本综述回顾了基于 Ga₂O₃ 材料的忆阻器理论的发展，重点强调了电容型忆阻器及其在整合电阻与电容开关机制以实现多功能性能方面的潜力。 文中讨论了 Ga₂O₃ 忆阻器的最新制备方法、材料工程策略以及当前面临的挑战。同时，综述还突出介绍了这类忆阻器在存储技术、类脑计算以及传感器等方面的应用，展示了其在新兴电子学领域的变革性潜力。 特别关注的是 Ga₂O₃ 在电容型忆阻器中的应用，其材料特性使其能够实现更快的开关速度、更高的耐久性以及更优的稳定性。本文全面总结了 Ga₂O₃ 忆阻器领域的研究进展，并提出了该快速发展方向中的未来研究路径。

图 1. 展示用于忆阻器器件的多种介电材料的示意图。

图 2. 氧化镓忆阻器的结构示意图。(a) Ag/Ga₂O₃/Pt 结构。(b) W/Ga₂O₃/ITO 结构。

DOI：

doi.org/10.3390/nano15171365