二氧化钒中的电开关与振荡

我们研究了基于二氧化钒薄膜的双端 MOM 器件中具有 S 形 I-V 特性的电开关现象。该开关效应与金属-绝缘体相变相关。在含 VO2 基开关的电路中观察到了弛豫振荡。通过数值模拟得到了振荡器临界频率 Fmax、阈值功率与电压以及电流上升时间对开关结构尺寸的依赖关系。发现了阈值电压对开关区域尺寸和薄膜厚度的经验依赖关系。结果表明，对于 10*10 nm 的 VO2 沟道尺寸，在薄膜厚度约 20 nm 时，Fmax 可达 300 MHz。进而表明，基于耦合 VO2 振荡器可实现振荡神经网络。对于弱电容耦合，我们揭示了同步相位差对耦合电容值的依赖关系。当开关尺寸缩小时，同步极限时间减小至 Ts ~13 μs，而进入同步模式所需的振荡周期数保持恒定，Ns ~ 17。在同步模式的弱热耦合情况下，我们观察到振荡器的同相行为，并且存在电源电流的某一参数范围，其中同步效应成为可能。随着尺寸减小，观察到热耦合作用半径减小，对于特征尺寸分别为 0.1 至 5 μm 的结构，其可在 0.5 至 50 μm 范围内变化。热耦合可能对实现三维集成振荡神经网络具有前景广阔的作用。