2月27日，日本科學家在NATURE上發表一篇題為”Growth of vanadium dioxide thin films on hexagonal boron nitride flakes as transferrable substrates”（二氧化釩薄膜在六方氮化硼薄片上生長可實現可轉移襯底）的科研成果，證明六方氮化硼（hBN）作為VO2的基底供其生長時，可使二氧化釩（VO₂）薄膜得以轉移到金屬或柔性聚合物等其他襯底上。預計這種制造技術將能使得VO₂器件的應用范圍得到進一步擴展。

VO₂薄膜

VO₂被譽為是未來電子業的革命性材料，它的一個關鍵特性就是它在室溫下是絕緣體，但在溫度高于68攝氏度后其原子結構會從室溫晶體結構轉變為金屬結構（導體）。這種被稱為金屬-絕緣體轉變（MIT）的獨特特性，使得它成為取代硅材料用于新一代低功耗電子設備的理想選擇。

目前，VO₂材料的光電器件應用主要以薄膜狀態為主，已被成功地應用于電致變色器件、光學開關、微電池、節能涂層和智能窗以及微測輻射熱裝置等多種領域。

生長襯底種類

通常情況下，VO₂薄膜會在氧化物襯底上制備，因為結晶通常需要高溫氧氣處理，如氧化鋁（Al₂O₃）晶體和二氧化鈦（TiO₂）等。但也有部分非氧化物材料可被用作VO₂生長的襯底，例如硅(Si)、鍺和氮化鎵，同樣能呈現合理的MIT特性。

原則上，在剛性襯底上的器件的制造是基于其他組件與VO2自上而下的集成。然而，如果可以在薄的可轉移襯底上制備VO₂薄膜，預期器件應用的范圍將進一步擴展，例如柔性器件。因此近年來，隨著二維（2D）層狀材料的研究進展，層狀材料作為VO₂薄膜生長的可轉移襯底引起了人們的興趣。

hBN襯底

hBN是一種由蜂窩狀晶格組成的層狀材料，其中氮和硼原子排列在不等價的三角形位置，由于其寬帶隙能量接近6eV，因此納米厚度下也具有電絕緣性。另外，超薄HBN的楊氏模量及斷裂強度，與金剛石相當，在500℃下也依舊對O₂呈惰性，因此具有成為VO₂生長襯底的潛力。

左：支撐襯底上的hBN薄片上生長VO 2薄膜的示意圖。

右：由于hBN與基板之間僅有弱范德華力，預期VO₂和hBN 的堆疊可從原始基板轉移到任何材料和幾何形狀的目標基板上。

根據論文，日本科學家是通過使用膠帶，將hBN薄片從塊狀單晶上機械剝離到285nm厚的二氧化硅層的Si襯底上——由于剝離的六方氮化硼薄片缺陷極少，因此具有原子級平坦的表面。接著科學家再用O₂在500℃的環境壓力下對hBN薄片進行3.5小時處理來去除膠帶殘留物，最后通過脈沖激光沉積法使VO₂薄膜生長到hBN上。

上圖是VO₂薄膜生長之后，在SiO₂ / Si的上hBN薄片的典型光學圖像，從SiO₂上剝離的hBN薄片的橫向尺寸范圍可達數百微米長。

由于BN的晶體特性，它與VO₂僅通過弱范德華力連接在Si襯底上，用機械剝離方法即可克服，因此hBN/VO₂可以從Si上轉移到任意VO₂薄膜不能直接生長的基底上。科學家們認為這次的成果將能為VO2薄膜在電子和光子學中的實際應用開辟新的可能性。

編譯：Coco