《Nano?Letters》報道南京大學余林蔚、徐駿教授課題組在柔性襯底上“激光-液滴”自加熱驅動納米線超高速生長集成新突破

在大面積柔性襯底上直接生長集成高品質晶硅納米線溝道是突破高性能柔性電子邏輯、可穿戴傳感和顯示等應用的關鍵技術難點。然而，高品質晶體溝道的獲得往往依賴高溫生長過程（>800 ℃）--?這恰恰是柔性聚合物襯底（熔點<150 ℃）所無法承受的！為此，南京大學電子科學與工程學院余林蔚教授、徐駿教授課題組基于自主創新的平面固-液-固（IPSLS）納米線生長模式（近期工作Refs. 1-4），探索了一種全新的“激光-液滴”自聚焦局域加熱生長策略，突破了傳統環境加熱技術的限制，利用柔性聚合物襯底（聚酰亞胺，PI）和金屬銦催化劑顆粒對特定激光（808 nm）輻照的高選擇性吸收差異，實現僅在液滴/納米線生長界面附近范圍的高效局部加熱，以驅動晶硅納米線在柔性襯底上的超高速度生長：在不需要環境加熱的室溫“冷”環境下，其生長速度可以高達3.5 μm/s，比傳統加熱方式納米線生長速度提高了3個數量級。值得一提的是，即便在此高速生長過程中，IPSLS納米線的生長路徑依然可以被精確引導定位，并成功展示了豐富的線形調控能力。此外，由于納米金屬液滴具有極小的熱熔，通過調控激光照射時序，可以對納米線生長動態過程進行前所未有的精確調控（例如，對生長液滴實現瞬間“激活和冷卻”等操作），從而實現對超長納米線的精準形貌/直徑編碼。基于此技術，成功在柔性PI襯底上生長高品質納米線溝道，并制備了納米線場效應晶體管（FET）器件，其電流開關比和亞閾值擺幅分別為>10⁴和386 mV/dec。此“激光-液滴”選擇性加熱生長策略有望推廣應用于：在各類大面積、低成本柔性襯底上的“冷”環境中，直接定位生長和集成高品質晶硅納米線陣列，為推動各種高性能柔性電子器件的規模化應用提供關鍵的材料支撐和全新的技術路線。

近期該工作以“Superfast Growth Dynamics of High-Quality Silicon Nanowires on Polymer Films via Self-Selected Laser-Droplet-Heating”為題在線發表在《Nano?Letters》上, 文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c04058。南京大學電子科學與工程學院博士生張廷為論文的第一作者，余林蔚教授和劉宗光博士為共同通訊作者。相關技術通過與華為終端的項目合作，共同申請了技術專利。此工作得到了南京大學陳坤基教授、施毅教授和王軍轉副教授的大力支持。該項研究工作受到國家自然科學基金委、江蘇省杰出青年基金/雙創人才計劃以及產學研合作項目的資助，在此表示衷心的感謝！

相關文獻：

1. Sun, Y.; Dong, T.; Yu, L.*; Xu, J.*; Chen, K. Planar Growth, Integration, and Applications of Semiconducting Nanowires. Adv. Mater. 2020,32, (27), 1903945.

2. Hu, R.; Xu, S.; Wang, J.; Shi, Y.; Xu, J.; Chen, K.; Yu, L. Unprecedented Uniform 3D Growth Integration of 10-Layer Stacked Si Nanowires on Tightly Confined Sidewall Grooves. Nano Lett. 2020,20, (10), 7489-7497.

3. Yin, H.; Yang, H.; Xu, S.; Pan, D.; Xu, J.; Chen, K.; Yu, L. High Performance Si Nanowire TFTs With Ultrahigh on/off Current Ratio and Steep Subthreshold Swing. IEEE Electron Device Letters 2020,41, (1), 46-49.

4. Ma, H.; Yuan, R.; Wang, J.; Shi, Y.; Xu, J.; Chen, K.; Yu, L. Cylindrical Line-Feeding Growth of Free-Standing Silicon Nanohelices as Elastic Springs and Resonators. Nano Lett. 2020,20, (7), 5072-5080.

本新聞稿由張廷同學提供。