Hochleistungsfähiger selbstbetriebsfähiger Fotosensor und umkonfigurierbarer pyroelektrischer Speicher mit ferroelektrischem Hafniumoxid

Zusammenfassung Hafniumoxid (HfO2) hat aufgrund seiner stark unterschiedlichen multifunktionalen Eigenschaften nicht nur wegen seines Potenzials zur Beantwortung grundlegender Fragen zu Materialverhalten, sondern auch wegen seiner Anwendungsperspektiven wie ferroelektrischem Speicher, Transistoren und pyroelektrischen Sensoren erhebliches Interesse geweckt. Allerdings müssen effektive Methoden zur Nutzung des pyroelektrischen Effekts von HfO2 zur Entwicklung von leistungsstarken selbstbiasierten Fotosensoren sowie elektrisch beschreibbarem und optisch lesbarem Speicher noch entwickelt werden. Hier wird ein Proof-of-Concept-HfO2-basierter selbstbetriebsfähiger und ultraflahxiger (Antwortzeit ≈ 60 µs) Infrarot-Pyroelektriksensor mit einer Responsivität von bis zu 68 µA W−1 entwickelt. Insbesondere wird die durch zeitliche Infrarotlichtbeleuchtung induzierte Oberflächenheizung und in der Folge die Änderung der spontanen Polarisation der robusten pyroelektrischen Stromerzeugung zugeschrieben. Darüber hinaus wird die kontrollierbare Aussetzung und Wiederherstellung der selbstbiasierten pyroelektrischen Stromantwort mit einem kurzen elektrischen Puls demonstriert, was eine konzeptionell neue Art von fotolesbarem Speicher bietet. Potenziell eröffnet der neuartige Ansatz einen neuen Weg zur Gestaltung der verlangten pyroelektronischen Antwort über ein gewünschtes Gebiet und bietet die Möglichkeit, ihn für verschiedene Anwendungen zu nutzen, einschließlich Speicher, neuromorphen Sichtsensoren, Klassifizierung und Notrufsysteme.