电荷耦合器件（CCD）与电荷存储器件（Memory）作为现代电子系统中两个独立分支分别沿着各自的路径发展，同时具备光电传感和存储功能的碳基原型器件尚未见报道。记者从中科院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心获悉，该中心科研人员与国内多家单位合作，提出了一种基于铝纳米晶浮栅的碳纳米管非易失性存储器，这为可穿戴电子及特殊环境检测系统提供了新的器件设计方法。
图片说明：新型器件设计与结构示意图。（图片由受访单位提供）
a）器件结构示意图；b）均匀离散分布的铝/氧化铝纳米晶点阵结构与c）碳纳米管薄膜沟道材料的扫描电镜图；d）沟道中电荷密度分布仿真；e）铝纳米晶表面形貌图；f）碳纳米管薄膜与浮栅层结构的截面透射电镜与元素分布图；g）存储窗口。
近日，该成果在《先进材料》线上发表了题为“柔性碳纳米管传感-存储器件”的研究论文。据悉，新型器件具有高的电流开关比、长达10年的存储时间以及稳定的读写操作，多个分立的铝纳米晶浮栅器件具有稳定的柔性使役性能。更重要的是，电荷在氧化生成的AlOx层中的隧穿机制由福勒-诺德海姆隧穿变成直接隧穿，从而实现光电信号的传感与检测；基于理论计算分析与实验优化设计，制备出32×32像素的非易失性柔性紫外光面阵器件，首次实现了光学图像的传感与图像存储，为新型柔性光检测与存储器件的研制奠定了基础。
据介绍，科研人员采用半导体性碳纳米管薄膜为沟道材料，利用均匀离散分布的铝纳米晶/氧化铝一体化结构作为浮栅层与隧穿层，获得高性能柔性碳纳米管浮栅存储器，实现在0.4%弯曲应变下器件读写与擦除之间的电流开关比高于105，存储稳定性超过108 秒。同时，极薄的氧化铝隧穿层可使在擦除态“囚禁”于铝纳米晶浮栅中的载流子在获得高于铝功函数的光照能量时，通过直接隧穿方式重新返回沟道，使闭态电流获得显著提升，完成光电信号的直接转换与传输，实现集图像传感与信息存储于一体的新型多功能光电传感与存储系统。
该项研究由中科院金属所、中科院苏州纳米所、吉林大学科研人员共同合作完成，并得到了国家自然科学基金、中国科学院及中科院金属所、沈阳材料科学国家研究中心等项目资助。
