南京大學余林蔚教授課題組研究成果：可拉伸晶硅網格技術

【前言】

具有優良半導體特性的柔性晶硅基底（Soft crystalline silicon wafer）是實現各類可彎折、可拉伸電子和光電子器件（Stretchable?electronic and optoelectronics）的關鍵共性基礎材料。為了滿足大面積顯示、電子皮膚、傳感檢測和物聯網等新應用需求，柔性晶硅需要具有比傳統晶硅襯底高出3~4個數量級的可拉伸機械特性，以及可調控的透光性，而且制備成本降低2~3個數量級。實現以上特性突破，需要建立全新的晶硅材料生長工藝和調控策略，在微納尺度下實現其“精準形貌設計”和“高效規模集成”。

【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，首先基于自主創新的低溫平面晶硅納米線（In-plane solid-liquid-solid, IPSLS）生長技術，規模制備高密度、高品質晶硅納米線彈簧溝道，進而通過優化的平面網格排布連接，實現了在各個方向均可大幅度拉伸的超柔性晶硅納米線網格陣列 ^[1]。其中采用最近研發的高密度多臺階3D坡面引導技術 [2]，將晶硅納米線溝道間距縮小到百納米以內，大幅提高和確保了晶硅網格中納米線電學和力學連接特性，使之成為宏觀上材料特性均勻，同時具備高可拉伸特性（>40%）、高載流子遷移率（>50 cm²/VS）和透光性（>80%）的新型高性能、可定制的半導體薄膜材料。此外，晶硅納米線網格能夠可靠轉移到各種柔性聚合物襯底上，或者實現自支撐的懸空網格結構，從而有望直接將高性能晶硅器件集成應用于柔性材質上，實現高性能的柔性電子邏輯、生物傳感、虛擬現實和仿生計算應用。同時，利用晶硅網格的獨特形貌和空間排布調控能力，還可以實現對二維材料的可編程納米線（掩模）光刻技術，為探索更高性能的異質雜化可拉伸電子器件提供關鍵材料和技術基礎 [3]。

【圖文導讀】

圖（1）通過溝道形貌調控和可靠規模集成實現的可拉伸晶硅納米網格結構

以上研究成果近期發表在《Nano?Letters》,?《Advanced Electronic Materials》和《npj 2D Materials and Applications》上：?

1. Monolithic integration of silicon nanowire networks as a soft wafer for highly stretchable and transparent electronics,Taige Dong, Ying Sun, Zhimin Zhu, Xiaoxiang Wu, Junzhuan Wang, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen and Linwei Yu*.?Nano Letters, accepted, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02291 (2019)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b02291

2. 3D sidewall integration of ultra-high density silicon nanowires for stacked channel electronics

Xiaoxiang Wu, Haiguang Ma, Han Yin, Danfeng Pan, Junzhuan Wang, Linwei Yu,*Jun Xu, Yi Shi, Kunji Chen.?Advanced Electronic Materials,?1800627?(2019)

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aelm.201800627?

3. Highly stretchable graphene nanoribbon springs by programmable nanowire lithography

Chuan Liu, Bing Yao, Taige Dong, Haiguang Ma, Shaobo Zhang, Junzhuan Wang, Jun Xu, Yi Shi, Kunji Chen, Libo Gao*and?Linwei Yu*.?npj 2D Materials and Applications 3, 23 (2019)
https://www.nature.com/articles/s41699-019-0105-7?

以上三篇論文的第一位作者分別是董泰閣同學，吳小祥同學，劉川同學，通訊作者是余林蔚教授，其中第三個工作的共同一作為物理學院的姚斌同學，共同通訊作者為物理學院高立波教授。相關工作得到了南京大學徐駿教授、施毅教授和王軍轉副教授的大力支持。該項研究工作受到青年千人計劃，國家自然科學基金，江蘇省杰出青年基金和雙創人才計劃資助。

本文由南京大學余林蔚教授課題組供稿。

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