基于边缘剪切转移技术实现柔性硅/锗纳米带的确定性组装及其范德瓦尔斯异质结

无机单晶半导体纳米薄膜,例如硅或者锗等,作为面向柔性电子技术中最有潜力的功能光电材料之一,具有优异的机械柔性以及较高的载流子迁移率等物理性质,引起柔性电子技术工作者们的广泛关注和研究。通常来讲,这些应用于柔性电子技术的单晶硅/锗纳米薄膜等“构筑单元”(building blocks)具有复杂的微纳结构阵列,如纳米线、纳米带及网状结构等。利用转移技术将所制备的该“构筑单元”阵列以一种可控的、精确的、具有超高对准度的方式集成在柔性基底上,即确定性组装(deterministic assembly),以利于后续功能化器件的集成。然而,传统的柔性单晶硅/锗“构筑单元”阵列的制备方法往往具有复杂的工艺流程及较高的成本。此外,实现所制备的“构筑单元”阵列在柔性基底可控转移以及确定性组装往往需要复杂的、多步骤的工艺流程,增加了制备成本并降低了可靠性。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所、信息功能材料国家重点实验室狄增峰研究员和复旦大学材料科学系梅永丰教授等人针对这一问题提出了“边缘剪切转移”(edge-cutting transfer,E-CT)技术,实现了柔性硅/锗纳米带阵列在柔性基底上的制备及确定性组装。首先,利用氢氟酸溶液对绝缘体上硅SOI(Silicon-On-Insulator)或绝缘体上锗GOI(Germanium-On-Insulator)中埋氧层的选择性腐蚀释放柔性硅/锗纳米薄膜。在这一过程中,他们巧妙地通过控制腐蚀时间,形成宽度可控的悬空硅/锗纳米带阵列,其宽度不受限于光刻机精度。其中,埋氧层的腐蚀边界可对悬空硅/锗纳米带阵列起固定作用并使其保持原有阵列次序。利用柔性聚合物(聚二甲基硅氧烷,PDMS)与悬空硅/锗纳米带阵列之间的范德瓦尔斯相互作用,可将悬空硅/锗纳米带沿埋氧层腐蚀边界处剪切并转移至PDMS柔性基底。转移效率可以通过调节硅/锗纳米带几何尺寸(厚度、宽度)及界面间的作用力而优化,从而达到100%的转移效率,纳米带阵列的排列次序与最初光刻所设计的阵列排列次序完全一致。最终,通过调节纳米带长度实现无断裂硅/锗纳米带阵列的制备及确定性组装,并利用两步E-CT技术制备出具有较好整流特性的垂直式范德瓦尔斯异质PN结。相关结果发表在Small上。

该工作中所提出的E-CT技术,提供了一种关于柔性硅/锗纳米带的制备以及确定性组装方法,能够简便、可控地将柔性无机单晶纳米薄膜应用于柔性电子技术,同时有望以卷对卷(roll-to-roll)工艺方式拓展于大规模生产。online casino src=”http://www.materialsviewschina.com/wp-content/uploads/2015/05/Untitled2.png” alt=”Untitled” width=”643″ height=”328″ />

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