【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/傳感和腦機接口應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵。其中，超細、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、長度小于100 nm的精細納米溝道，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。
 

　　針對這一挑戰(zhàn)，南京大學(xué)余林蔚教授、王軍轉(zhuǎn)教授和揚州大學(xué)胡瑞金老師，基于自主創(chuàng)新的面內(nèi)固-液-固(IPSLS) 納米線生長模式，首次提出利用催化“液滴階跳”生長動態(tài)，成功實現(xiàn)超細、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生長模式的低溫定位生長(<350℃)能力，將催化液滴精確引導(dǎo)生長到跳躍交叉臺階邊緣，通過控制柔性液滴跨越臺階的“Step-Necking收縮”效應(yīng)，在臺階邊緣一步成形地生長出所需的Thick(45nm)/Thin(25nm)/Thick(45nm)超精細溝道結(jié)構(gòu)，其中超細溝道長度僅為Lg~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。
 

　　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特性，實現(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)，受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金杰出青年學(xué)者項目以及國家自然科學(xué)基金重點項目的資助。