We investigated voltage bias-driven electronic phase switching from insulating to metallic states in VO2 thin films having freestanding structures (FSS) and non-freestanding structures (N-FSS). By measuring the electrical power at switching under different thermal conditions, we found that thermal coupling of the microstructures determines the spatial temperature distribution on the device and strongly affects the efficiency of the insulator-to-metal switching induced by Joule effect. The power required for switching in the FSS is two orders lower than that for the N-FSS. This indicates that proper design of thermal flow is a fundamental issue for developing efficient switching and memristive devices.
VO2薄膜を利用したフリースタンディング構造(FSS)と非フリースタンディング構造(N-FSS)において、電圧を印加して金属絶縁体転移の変化を調べた。それぞれの構造で金属絶縁体転移に必要な電力が異なったので、熱流シミュレーションを行ったところ、熱流及び温度分布が明らかに異なることがわかった。また実験結果及びシミュレーション結果よりFSSはN-FSSに比べ２桁も転移に必要な電力が小さいことがわかり、このことは熱流の適切な制御がメモリスタなどのデバイスを効率的に制御可能であることを示唆している。