南京大學電子學院余林蔚教授課題組：在柔性晶硅宏量制備、及可拉伸電子器件應用上取得新突破

【成果簡介】

南京大學電子科學與工程學院余林蔚教授課題組，通過與北京大學和巴黎綜合理工大學課題組的合作，首次提出了一種精確“定位、定向、定形”的平面納米線形貌調控技術，可在大面積玻璃襯底上，通過傳統低溫薄膜工藝（＜350℃），批量制備線形可編程（Line-shape- programmed）的納米線陣列。具體而言，采用覆蓋在襯底表面的非晶硅薄膜作為前驅體，金屬銦（indium）液滴在平面中吸收非晶硅并生成晶態的納米線。由于金屬液滴的平面運動可以被一個簡單的臺階所引導，納米線的形貌可以通過對臺階邊緣的預先設計來定制，從而實現任意“一筆畫圖案”的納米線結構。作為其中的一個應用，首次成功批量制備了可拉伸的晶硅納米線彈簧結構，通過原位SEM操作和同步電學測試，驗證其在拉伸＞200%的情況下依然能保持正常導電特性。從而為實現新一代高遷移率、高穩定性可拉伸納米線器件指示了一條可靠的形貌調控和宏量制備策略，有望突破長期以來限制晶硅在可拉伸電子應用的關鍵技術瓶頸，為進一步拓展相關產業化應用鋪墊了具有自主知識產權的關鍵基礎。近期，本項研究成果論文以“Deterministic Line-Shape Programming of Silicon Nanowires for Extremely Stretchable Springs and Electronics”為題發表在Nano Letters上。論文第一作者為博士生薛兆國同學，通訊作者是南京大學余林蔚教授和北京大學魏賢龍教授。 ?　　 ?　

【圖文導讀】

圖1 可編程平面晶硅納米線生長、可編程線形調控和可拉伸電子器件?

圖2 平面晶硅納米線的長度統計

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【研究內容】

晶體硅是建立現代微電子技術和發展信息社會的基礎材料。然而，其堅硬和脆性的本質使其無法直接適應于日益興起的柔性可穿戴/顯示，仿生電子和可拉伸人造皮膚等新型器件應用。即便是準一維的晶硅納米線，也僅僅獲得了增強的可彎曲特性，依然難以實現足夠的可拉伸特性（如>30%以上）。如何將現有最為成熟的晶硅技術拓展到超柔性和可拉伸電子應用中，以繼承晶硅的高遷移率、高穩定性和完備摻雜鈍化工藝，正在成為國際相關領域研究的熱點。為此，國際上多個科研團隊嘗試了納米溝道限制、生長氣氛調控和應力塑形等各種方法，通過對晶硅納米線的線形調控，使之成為可拉伸的半導體納米線彈簧（nanowire spring）溝道。然而，受限于苛刻的微納操縱、生長條件以及所昂貴電子束刻蝕工藝，至今還沒有一種可在大面積襯底上可靠制備形貌可編程的晶硅納米線陣列技術。

相關工作得到了電子科學與工程學院的徐駿教授、施毅教授以及法國巴黎綜合理工Pere Roca i Cabarrocas教授的大力支持。該項研究工作受到“青年千人計劃”，國家基礎研究“973”課題，國家自然科學基金，江蘇省杰出青年基金和“雙創人才”個人與團隊計劃的資助。

原文鏈接：http://news.nju.edu.cn/show_article_12_47926

文獻鏈接：Deterministic Line-Shape Programming of Silicon Nanowires for Extremely Stretchable Springs and Electronics (Nano Lett., 2017, DOI：10.1021/acs.nanolett.7b03658)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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