「活體」電極為傳統矽基電子技術注入新生命

低功耗的高速電子裝置在無線通訊領域極具應用價值。以往，高速運作主要透過縮小裝置尺寸來達成，然而隨著裝置越做越小，製造難度也日益攀升。

大阪大學的一個研究團隊正在探索另一種提升裝置效能的方法：在傳統基底（如矽）上方放置圖案化金屬層，也就是結構型超材料，以加速電子流動。相關研究成果已發表於《美國化學學會應用電子材料》期刊。

這種方法前景可期，但挑戰在於要讓超材料的結構可控，從而能根據實際情況調整超材料的特性。為尋求解決之道，研究團隊將目光投向了二氧化釩（VO₂）。適當加熱時，VO₂層中的小區域會從絕緣狀態轉變為金屬狀態。這些金屬區域能夠傳導電荷，猶如微小的動態電極。研究人員利用這一特性，製造出「活體」微電極，有選擇性地增強了矽光探測器對太赫茲光的反應。

論文第一作者大阪愛解釋道：「我們製作了一個以VO₂作為超材料的太赫茲光探測器。透過精準的加工方法，在矽基底上製造出高品質的VO₂層。透過溫度控制，能調節VO₂層中金屬區域的大小，其尺寸比傳統方法達到的要大數十倍，進而調控矽基底對太赫茲光的反應。」

當溫度得到適當調節時，VO₂中的金屬區域會形成一個導電網路，控制矽層中的區域性電場，增強其對太赫茲光的靈敏度。資深作者服部梓補充說：「將光探測器加熱到56°C可大幅增強訊號。我們認為，這是因為在此溫度下，矽層與動態導電的VO₂微電極網路之間實現了有效耦合。也就是說，VO₂超材料的溫控結構調節了電場增強效果，從而影響了矽中的電離現象。」

「活體」VO₂金屬區域的溫控特性增強了矽對太赫茲光的反應。這些研究成果彰顯了超材料在推動先進電子技術發展方面的潛力，有望突破傳統材料的限制，滿足高速和高效的需求。