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二氧化钒:未来电子产品的革命性材料
2018-02-06


[据固态电子技术网站201825日报道] 
首先是开关,然后是晶体管。现在,另一项创新正在为我们控制电路中电子的流动方式带来革命性的变化:二氧化钒(VO2)。该化合物的一个关键特性是其在室温下表现为绝缘体,而在68℃以上则表现为导体。这个特性也被称为金属-绝缘体转变,是欧盟地平线2020计划“相变转换”项目目前正在研究的内容,该项目由瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)负责协调领导。



该项目将持续到2020年,并已获得欧盟390万欧元的资助。由于这项新技术可能带来的一系列重大高潜力应用,因此该项目吸引了两大公司——法国的泰勒斯公司和IBM 研究院瑞士分公司的加入,以及德国马克斯·普朗克科学促进学会和英国剑桥大学。德国亚琛大学附属公司的应用微电子和光电子学会(AMO GmbH)也参与了此项研究。



科学家早就知道VO2的电子特性,但直到了解其电子结构后才能解释该特性。研究结果表明,VO2的原子结构随着温度的升高而变化,在68℃以上从室温晶体结构转变为金属结构,且这种转变发生时间不到一纳秒——这对电子应用来说是一个真正的优势。“氧化钒对其他因素也很敏感,例如通过注入电力、光学方式或应用太赫兹辐射脉冲等,可能导致其相变。”EPFL纳米电子器件实验室(Nanolab)负责人兼本项目协调员阿德里安·伊内斯库教授说。



挑战:达到更高的温度



然而,释放VO2的全部潜能一直很棘手,因为对于现代电子器件来说,68℃的转换温度太低,其中电路必须能够在100℃完美地运行。但两位EPFL研究人员——来自工程学院(STI)的Ionescu和来自建筑、土木与环境工程学院(ENAC)的AndreasSchüler可能已经找到了解决这个问题的方法,他们在应用物理快报期刊上发表的文章表明,在VO2薄膜中添加锗可以将材料的相变温度提高到100°C以上。



201922日,IEEE Access发表了Nanolab更有趣的发现,尤其是射频应用。科学家们首次能够制造超紧凑、可调节的频率滤波器。他们的技术使用了VO2和相变开关,并且在对于空间通信系统至关重要的频率范围中(在28.235GHz之间的可编程频率调制的Ka频带)特别有效。



神经形态处理器和自主车辆



这些发现有可能刺激对超低功耗电子器件中VO2应用的进一步研究。除了空间通信之外,该材料在其他领域,包括用于自驾车的神经形态计算和高频雷达也具有较大潜力。(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)



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