【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】具有高開關(guān)比、低亞閾值擺幅的高性能薄膜晶體管 (TFT)器件，是開拓新一代大面積高清顯示、柔性電子/傳感和腦機(jī)接口應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵。其中，超細(xì)、超短晶硅納米線溝道，由于具有良好的柵控和大電流驅(qū)動(dòng)能力，成為構(gòu)建高性能TFT器件的理想結(jié)構(gòu)。雖然此類精細(xì)溝道結(jié)構(gòu)在“微”電子器件工藝中已成為主流，但卻依賴在硅晶圓上的超高精度深紫外/極紫外光刻 (D/EUV)和刻蝕技術(shù)，因此無法在大面積“宏”電子器件的大尺寸玻璃或聚合物襯底上應(yīng)用。如何基于有限的熱預(yù)算(<500℃)和較低的光刻精度(>1.5 μm)，集成制備直徑小于30 nm、長(zhǎng)度小于100 nm的精細(xì)納米溝道，成為開拓新一代高性能TFT器件所面臨的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
 

　　針對(duì)這一挑戰(zhàn)，南京大學(xué)余林蔚教授、王軍轉(zhuǎn)教授和揚(yáng)州大學(xué)胡瑞金老師，基于自主創(chuàng)新的面內(nèi)固-液-固(IPSLS) 納米線生長(zhǎng)模式，首次提出利用催化“液滴階跳”生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，成功實(shí)現(xiàn)超細(xì)、超短晶硅納米線溝道陣列的可靠集成制備。具體而言，基于IPSLS生長(zhǎng)模式的低溫定位生長(zhǎng)(<350℃)能力，將催化液滴精確引導(dǎo)生長(zhǎng)到跳躍交叉臺(tái)階邊緣，通過控制柔性液滴跨越臺(tái)階的“Step-Necking收縮”效應(yīng)，在臺(tái)階邊緣一步成形地生長(zhǎng)出所需的Thick(45nm)/Thin(25nm)/Thick(45nm)超精細(xì)溝道結(jié)構(gòu)，其中超細(xì)溝道長(zhǎng)度僅為L(zhǎng)g~90 nm，并且在兩端粗線提供了自然的理想S/D接觸—完全類似于與先進(jìn)鰭柵晶體管 (Fin-FET) 中理想溝道和S/D接觸架構(gòu)。
 

圖1 頸縮生長(zhǎng)硅納米線陣列原理及流程以及硅納米線陣列形貌及其直徑統(tǒng)計(jì)。
 

　　受益于此，Step-Necking 納米線TFT器件展示了優(yōu)異的柵控效果和大幅改善的輸運(yùn)特性，實(shí)現(xiàn)了
 

圖2 基于頸縮硅納米線的高性能晶體管器件。
 

　　該工作近期以“Step-necking growth of silicon nanowire channels for high performance field effect transistors”為題發(fā)表在自然-通訊《Nature Communications》期刊上。文章第一作者為南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院的博士生吳磊，余林蔚教授、胡瑞金老師、王軍轉(zhuǎn)教授為文章共同通訊作者。該工作的開展得到了南京大學(xué)陳坤基教授、徐駿教授、施毅教授支持和指導(dǎo)，受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年學(xué)者項(xiàng)目以及國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。