首頁 > 應用 一種在可拉伸襯底上規模集成高性能硅納米線場效應晶體管器件 軍工資源網 2022年02月09日 在大面積超柔性聚合物襯底上規模集成高性能硅基電子器件是實現新一代可拉伸柔性電子皮膚邏輯、傳感和顯示應用的關鍵技術難點。盡管柔性有機薄膜已被廣泛用于可拉伸FET器件，但其相對較低的載流子遷移率和較差的器件穩定性限制了其規模化器件應用。此外，無機一維納米線溝道材料具有高遷移率、低成本等優勢，可用于開發各種高性能、低功耗柔性電子邏輯和超靈敏的場效應探測器件，但往往難以精確可控地實現規模集成應用。迄今為止，除了將SOI襯底上制備的晶硅邏輯規模轉移到柔性PI襯底上外，還沒有在高彈性PDMS襯底上實現大面積電子兼容的高性能可拉伸柔性晶硅電子器件制備和驗證。針對此需求，南京大學余林蔚、徐駿教授團隊探索將高品質的一維硅納米線（SiNWs）陣列可靠轉移集成到彈性襯底PDMS之上，實現了超可拉伸的高性能場效應晶體管（FET）器件應用。基于課題組自組創新（見附錄）的（In-plane solid-liquid-solid, IPSLS）生長模式，首先制備了規則有序的超細晶硅納米線（直徑<80 nm）溝道，再將其可靠批量轉移到柔性PDMS襯底上。在優化設計的離散硬島結構保護下，晶硅納米線FET器件可以承受高達50 %的拉伸應變和超過1000個循環的重復拉伸測試(20 %應變下)，其空穴載流子遷移率、電流開關比Ion/Ioff和亞閾值擺幅（SS）分別為~70 cm2 V?1 s?1，>105和134-277 mV/dec。這為探索和實現更先進的可拉伸電子皮膚、超柔性和非平面顯示驅動（TFT）邏輯和生物傳感/激勵應用提供了理想可靠的高性能驅動邏輯器件基礎！圖1：通過“硬島”保護策略在PDMS襯底上可靠集成制備可拉伸c-Si FET電子器件結構圖2：臺階引導SiNWs的形貌表征及直接統計分布；晶圓襯底、人體皮膚及PDMS襯底上的SiNW-FET/硬島器件結構圖3：SiNW-FET/硬島器件在晶圓襯底上的電學性能測試及轉移到彈性PDMS襯底上的制備流程和轉移后電學性能測試圖4：SiNW-FET/硬島器件拉伸不同比例（0 %，20 %, 50 %）實物圖片及拉伸后相應電學性能測試；拉伸20 %重復1000次循環后電學性能展示此工作近期發表于《先進科學》上，Advanced Science. DOI: 10.1002/advs.202105623。其中，博士生宋曉攀同學和張廷同學為共同第一作者，余林蔚教授和劉宗光副研究員為通訊作者。此工作得到了南京大學陳坤基教授、施毅教授和王軍轉教授的大力支持，以及國家自然科學基金和“南京大學-華為終端”重大產學研合作專項的資助，在此一并表示衷心的感謝！論文信息：Highly stretchable high-performance silicon nanowire field effect transistors integrated on elastomer substrates. Xiaopan Song, Ting Zhang, Lei Wu, Ruijin Hu, Wentao Qian, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*全文連接：http://doi.org/10.1002/advs.202105623課題組相關前期工作:1. Highly sensitive ammonia gas detection at room temperature by integratable silicon nanowire field effect sensorsXiaopan Song, Ruijin Hu, Shun Xu, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*ACS Applied Materials & Interfaces 13 (2021) 14377-143842. Designable Integration of Silicide Nanowire Springs as Ultra-Compact and Stretchable Electronic InterconnectionsRongrong Yuan, Wentao Qian, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*Small (2021) 21046903. Superfast Growth Dynamics of High-Quality Silicon Nanowires on Polymer Films via Self-Selected Laser-Droplet-HeatingTing Zhang, Ruijin Hu, Shaobo Zhang, Zongguang Liu,* Junzhuan Wang, Jun Xu, Kunji Chen, and Linwei Yu*Nano Letters 21 (2021) 569-5764. High performance Si nanowire TFTs with ultrahigh on/off current ratio and steep subthreshold swingHan Yin, Huafeng Yang, Shun Xu, Danfeng Pan, Jun Xu, Kunji Chen, and Linwei Yu*IEEE Electron Device Letters 41 (2020), 46-495. Planar Growth, Integration, and Applications of Semiconducting NanowiresYing Sun, Taige Dong, Linwei Yu,* Jun Xu,* Kunji ChenAdvanced Materials 32 (2020) 1903945
