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深度解讀

南京大學在柔性襯底上“激光-液滴”自加熱驅動納米線超高速生長集成獲新突破

來源:南京大學2021-01-06 我要評論(0 )   

在大麵積柔性襯底上直接生長集成高品質晶矽納米線溝道是突破高性能柔性電子邏輯、可穿戴傳(chuan) 感和顯示等應用的關(guan) 鍵技術難點。然而,高品質晶體(ti) 溝道的獲得往往依賴高溫生長...

在大麵積柔性襯底上直接生長集成高品質晶矽納米線溝道是突破高性能柔性電子邏輯、可穿戴傳(chuan) 感和顯示等應用的關(guan) 鍵技術難點。然而,高品質晶體(ti) 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(wei) 此,南京大學電子科學與(yu) 工程學院餘(yu) 林蔚教授、徐駿教授課題組基於(yu) 自主創新的平麵固-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(chuan) 統環境加熱技術的限製,利用柔性聚合物襯底(聚酰亞(ya) 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(jin) 在液滴/納米線生長界麵附近範圍的高效局部加熱,以驅動晶矽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(chuan) 統加熱方式納米線生長速度提高了3個(ge) 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,並成功展示了豐(feng) 富的線形調控能力。此外,由於(yu) 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(cong) 而實現對超長納米線的精準形貌/直徑編碼。基於(yu) 此技術,成功在柔性PI襯底上生長高品質納米線溝道,並製備了納米線場效應晶體(ti) 管(FET)器件,其電流開關(guan) 比和亞(ya) 閾值擺幅分別為(wei) >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於(yu) :在各類大麵積、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矽納米線陣列,為(wei) 推動各種高性能柔性電子器件的規模化應用提供關(guan) 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(wei) 題在線發表在《Nano Letters》上。南京大學電子科學與(yu) 工程學院博士生張廷為(wei) 論文的第一作者,餘(yu) 林蔚教授和劉宗光博士為(wei) 共同通訊作者。相關(guan) 技術通過與(yu) 華為(wei) 終端的項目合作,共同申請了技術專(zhuan) 利。此工作得到了南京大學陳坤基教授、施毅教授和王軍(jun) 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、江蘇省傑出青年基金/雙創人才計劃以及產(chan) 學研合作項目的資助,在此表示衷心的感謝!


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