在柔性VO2器件中实现机械可调的金属-绝缘体转变，用于超低功耗电子学

《ACS Applied Electronic Materials》：Mechanically Tunable Metal–Insulator Transition in Flexible VO2 Devices for Ultra-Low Power Electronics

钒氧化物薄膜通过反应磁控溅射直接沉积于 Kapton 薄膜，预沉积 Al?O? 层增强附着力与应变控制。柔性器件在亚毫安电流下实现毫米级金属-绝缘体转变，功耗较传统蓝宝石基薄膜降低两个数量级。原位中波红外成像揭示焦耳热驱动的导电丝状结构，机械变形可调控电阻并触发 MIT，电压偏置下实现变形诱导的电阻开关。该成果为柔性电子、触觉传感器和类脑计算提供低功耗 VO? 平台，结合关联电子效应、热约束与基板柔性。

　　

二氧化钒（VO₂）是一种具有关联电子结构的氧化物，在约340 K时会发生明显的、可逆的金属-绝缘体转变（MIT），这使其在高效节能电子设备中具有巨大潜力。然而，通过传统方法将VO₂集成到低功耗的柔性基底上仍然是一个挑战。在这里，我们展示了利用反应磁控溅射技术在Kapton基底上直接沉积柔性VO₂薄膜的方法。虽然预先沉积一层Al₂O₃可以提高薄膜的附着力并控制其应变，但直接沉积法也为制备独立的VO₂薄膜提供了简便的途径。所得到的柔性器件在亚毫安电流下表现出毫米级的电阻切换特性，其功耗比典型的蓝宝石基薄膜降低了两个数量级。在操作过程中的中波红外成像显示，这种电阻切换是由焦耳热效应和局部能量耗散驱动的。此外，我们发现机械变形可以调节电阻值，并在预加载电压偏置下触发MIT效应，从而实现基于变形的电阻切换。这些成果为柔性电子设备、触觉传感器和神经形态系统提供了一种多功能且低功耗的VO₂平台，通过关联电子物理效应、热限制作用以及基底柔性的协同作用实现了多种功能。