VO2-based multiple state micro-mechanical memory

Abstract

A VO2-coated silicon micromechanical cantilever capable of achieving multiple positional states is presented. The demonstrated mechanical memory uses the bimorph cantilever tip displacement as the programming parameter, and light pulses from a laser diode as the actuation mechanism. The large contraction of the VO2 thin film across its insulator-to-metal-transition (IMT) caused the bending of the bimorph cantilever structure. Absolute displacements up to 21 μm were achieved in steps of different magnitudes when laser pulses of the same amplitude are used. The magnitude of the displacement steps were normalized to similar values along the excursion through the IMT by changing the magnitude of the laser pulses, demonstrating that the magnitude of the displacement steps can be controlled. The cantilever structure consisted of a silicon micrometer-sized cantilever (350 μm long, 35 μm wide, 1μm thick) coated with a 300 nm VO2 thin film deposited by pulsed-laser deposition (PLD).

En este trabajo se presenta una micro-viga voladiza con una capa delgada de dióxido de vanadio, la cual es capaz de alcanzar múltiples estados estables de deflexión. Esta memoria mecánica utiliza la deflexión de la punta de la viga como el parámetro programable y utiliza pulsos de luz de un diodo de laser como el mecanismo de actuación. La contracción masiva de la capa delgada de VO2 a través de su transición aislante-metálica (IMT por sus siglas en ingles), causa la deflexión de la estructura. Una deflexión absoluta de hasta 21 μm se obtuvo en escalones de diferentes magnitudes utilizando pulsos de luz con un incremento de intensidad constante. La magnitud de los escalones se logró normalizar a través del IMT al cambiar la magnitud de los pulsos de luz, demostrando que la magnitud del desplazamiento se puede controlar. La estructura consistía en una viga voladiza de silicio de 350 μm de largo, 35 μm de ancho y 1 μm de espesor; con una capa delgada de 300 nm de VO2 depositada por láser pulsado (PLD por sus siglas en inglés).