从二维硫化镓可控制备原生超薄非晶氧化镓用于新兴电子应用

二维层状材料的氧化已被证明有利于创建氧化物/二维材料异质结构，为低功耗电子器件开辟了新范式。硫化镓(II)（$\beta$-GaS）是一种六方相III族单硫族化物，单层和少层形式的带隙超过3 eV。其氧化物氧化镓（Ga$_2$O$_3$）结合了大带隙（4.4-5.3 eV）和高介电常数（~10）。尽管两种材料都具有技术潜力，但原子级薄$\beta$-GaS的受控氧化仍未得到充分探索。本研究聚焦于使用氧等离子体处理对$\beta$-GaS进行受控氧化，实现了超薄原生氧化物（GaS$_x$O$_y$，约4 nm）和GaS$_x$O$_y$/GaS异质结构，其中下方的GaS层保持完整。通过将这些结构集成在金属电极之间并施加电压斜坡或脉冲形式的电应力，我们研究了它们在电阻式随机存取存储器（ReRAM）中的应用。所产生氧化物的超薄特性实现了低操作功耗，每次操作能耗低至0.22 nJ，同时保持耐久性和保持时间分别为350次循环和10$^4$秒。这些结果表明基于氧化的GaS$_x$O$_y$/GaS异质结构在电子应用，特别是低功耗存储器件方面具有巨大潜力。