具有高开关比、低亚阈值摆幅的高性能薄膜晶体管 (TFT)器件，是开拓新一代大面积高清显示、柔性电子/传感和脑机接口应用的技术关键。其中，超细、超短晶硅纳米线沟道，由于具有良好的栅控和大电流驱动能力，成为构建高性能TFT器件的理想结构。虽然此类精细沟道结构在“微”电子器件工艺中已成为主流，但却依赖在硅晶圆上的超高精度深紫外/极紫外光刻 (D/EUV)和刻蚀技术，因此无法在大面积“宏”电子器件的大尺寸玻璃或聚合物衬底上应用。如何基于有限的热预算(<500℃)和较低的光刻精度(>1.5 μm)，集成制备直径小于30 nm、长度小于100 nm的精细纳米沟道，成为开拓新一代高性能TFT器件所面临的关键技术瓶颈。
针对这一挑战，港澳宝典资料大全余林蔚教授、王军转教授和扬州大学胡瑞金老师，基于自主创新的面内固-液-固(IPSLS) 纳米线生长模式，首次提出利用催化“液滴阶跳”生长动态，成功实现超细、超短晶硅纳米线沟道阵列的可靠集成制备。具体而言，基于IPSLS生长模式的低温定位生长(<350℃)能力，将催化液滴精确引导生长到跳跃交叉台阶边缘，通过控制柔性液滴跨越台阶的“Step-Necking收缩”效应，在台阶边缘一步成形地生长出所需的Thick(45nm)/Thin(25nm)/Thick(45nm)超精细沟道结构，其中超细沟道长度仅为Lg~90 nm，并且在两端粗线提供了自然的理想S/D接触—完全类似于与先进鳍栅晶体管 (Fin-FET) 中理想沟道和S/D接触架构。
图1 颈缩生长硅纳米线阵列原理及流程以及硅纳米线阵列形貌及其直径统计。
受益于此，Step-Necking 纳米线TFT器件展示了优异的栅控效果和大幅改善的输运特性，实现了8×107高开关比和亚阈值摆幅仅为SS=70 mV/dec的高性能晶体管TFT器件。基于此“液滴阶跃”所带来的精细沟道制备策略，可以将最前沿的“微电子”器件的微纳器件结构和优异输运特性“直接植入”到大面积“宏电子”领域，为打造新一代高性能显示驱动逻辑、柔性传感和脑机接口等新兴应用，开辟一条高性能晶硅器件集成制备技术新路径！
该工作近期以“Step-necking growth of silicon nanowire channels for high performance field effect transistors”为题发表在自然-通讯《Nature Communications》期刊上。文章第一作者为港澳宝典资料大全港澳宝典资料大全的博士生吴磊，余林蔚教授、胡瑞金老师、王军转教授为文章共同通讯作者。该工作的开展得到了港澳宝典资料大全陈坤基教授、徐骏教授、施毅教授支持和指导，受到国家重点研发计划、国家自然科学基金杰出青年学者项目以及国家自然科学基金重点项目的资助。
图2 基于颈缩硅纳米线的高性能晶体管器件。
论文信息：
Step-necking growth of silicon nanowire channels for high performance field effect transistors. Lei Wu, Zhiyan Hu, Lei Liang, Ruijin Hu*, Junzhuan Wang*, and Linwei Yu*.
Nature Communications 16, 965 (2025)
https://doi.org/10.1038/s41467-025-56376-x
前期相关工作：
1. Channel-bias-controlled reconfigurable silicon nanowire transistors via an asymmetric electrode contact strategy. Wentao Qian, Junzhuan Wang*, Jun Xu, Linwei Yu*. Chip. 2024, 3(3), 100098.
2. Ultracompact single-nanowire-morphed grippers driven by vectorial Lorentz forces for dexterous robotic manipulations, Jiang Yan, Ying Zhang, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Jun Xu and Linwei Yu*, Nature Communications 14, 3786 (2023)
3. 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, and Linwei Yu*. Advanced Science. 2022, 2105623.
4. Unprecedented Uniform 3D Growth Integration of 10-Layer Stacked Si Nanowires on Tightly Confined Sidewall Grooves. Ruijin Hu, Shun Xu, Junzhuan Wang*, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, and Linwei Yu*. Nano Letters, 2020, 20 (10), 7489-7497.
5. An in-plane solid-liquid-solid growth mode for self-avoiding lateral silicon nanowires
Linwei Yu,* Pierre-Jean Alet, Gennaro Picardi and Pere Roca i Cabarrocas, Physical Review Letters, 102, 125501 (2009)
课题组简介：/ylw
