作为近年来新兴的超宽禁带氧化物半导体材料,非晶氧化镓（a-Ga2O3）具有高达4.9～5.2 e V的直接带隙,其光吸收边正好落在日盲紫外波段（200～280 nm）,且相应吸收系数＞10~5 cm-1,是一种非常理想的日盲紫外光电探测材料;除了具有优越的光学性能,它还具有较高的相对介电常数（～15）,因而在电子信息技术中也有着重要的潜在应用价值。本论文以室温射频磁控溅射方法生长的a-Ga2O3薄膜为研究对象,结合微氧流量调控技术对氧空位（VO）含量的有效控制,设计并研制了三种面向不同应用的光电器件:具有超低功耗的a-Ga2O3基光电突触器件;具有超高探测率及快速刷新能力的a-Ga2O3基日盲紫外探测器;具有低操作电压、多态存储能力和强可移植性的基于a-Ga2O3光敏介质层的非易失光电存储器件。本文首先研究了电离VO在a-Ga2O3中的扩散与持续光电导（PPC）现象的紧密物理关联;基于这一研究成果,设计并制备了上述三种器件,深入探索了其中材料缺陷和器件物理方面的相关问题,充分展示了a-Ga2O3在新型光电信息技术方面的重要应用前景。具体研究内容如下:（1）鉴于类脑神经计算对低功耗光电突触器件的迫切需求,本论文开展了a-Ga2O3基低功耗光电突触的设计与制作。在系统分析了影响器件总能耗关键因素的基础上,本工作首先选用富含VO的单层a-Ga2O3薄膜与Au电极制备了金属-半导体-金属（MSM）两端平面型器件。受益于VO的PPC效应,该器件成功模拟了短程塑性（STP）、双脉冲易化（PPF）和长程塑性（LTP）等基本突触功能;同时也实现了噪声抑制的图像预处理功能。a-Ga2O3的低暗电流和高响应度促使总能耗低至136 f J,基本达到了生物突触（1～100 f J）的水平。进一步地,利用开尔文探针力显微镜（KPFM）、变温光响应、极性I-V等测试表征技术,结合计算机辅助设计（TCAD）模拟分析,我们澄清了a-Ga2O3中VO较高的去离化势垒和电离氧空位(VO2+)在光电协同效应下增强的迁移能力这两个物理因素对器件实现低光功耗的重要影响和内在机制;另一方面,也证明了a-Ga2O3材料在低功耗光电突触研究领域的重要应用潜力。（2）由于材料中点缺陷公认的“双刃剑”角色,目前已报道的宽禁带半导体日盲紫外探测器很难同时具备高探测率、高紫外可见抑制比和快速刷新的优越性能。基于上一项研究中获得的对VO动力学特征的深入理解,本工作从缺陷调控和器件设计两方面入手,巧妙构筑了一种基于a-Ga2O3双有源层（VO-rich/VO-poor Ga2O3）的两端器件结构。该双层结构的设计克服了两种单层结构各自的劣势、较好地利用了它们各自的优势。通过优化薄膜及器件的各项工艺参数,我们最终获得了2.5×1018 Jones的超高探测率;另外,由于VO-rich Ga2O3层对可见光基本上没有吸收,因此该探测器还实现了高达10~8的紫外可见抑制比。更重要的是,基于该器件的工作原理,我们还开发了一种简单有效的工作模式,即利用方波信号源来周期性改变偏压方向,通过提供良好的Au/VO-poor Ga2O3肖特基接触势垒,有效抑制了氧化物半导体中常见的PPC现象,从而实现了快速的刷新频率。本实验方法原则上还可以拓展到其他氧化物体系,有望实现兼具高探测率和快响应速度的高性能光电探测器。（3）目前已报道的光电存储研究结果大多存在操作电压高（远远大于10V）、工作能耗难降低、器件稳定性和工作寿命短、数据存储能力有待优化等共性问题;另外,由于严重依赖于沟道层的设计,技术可移植性较差,因此较难应对不同的应用场合和需求。基于上述研究现状,本论文首次设计并制备了基于光敏介质层（PSD）的新型非易失光电存储器件。本论文在闪存单元的浮栅结构基础上,首次采用a-Ga2O3作为PSD代替了原来的绝缘介质层,而原有的隧穿介质层则用常规的绝缘介质层来取代。基于该独特设计,电荷的写入过程只需在小的负向栅压脉冲下（本文中用到的最大操作电压仅为-4.5 V）同时施加一个光脉冲,而电荷的擦除只需要施加一个光脉冲。此外,本工作还展示了四种基于此结构的多态存储的实现方式,并成功实现了76个不同态的存储。另外,由于该设计不依赖于沟道材料的选择和裁剪,因此原则上可以移植到任何基于不同沟道材料的晶体管之上,从而适应不同的使用场景和要求。因此,本工作为具有低操作电压和多态存储能力的非易失光电存储提供了一种新的发展思路。