近场直写技术打印高度有序的微纳米线阵列—精密元件制作的新思路

定向排列的纤维阵列,能赋予自身独特的电学和光学等方面的特性,从而激发科研人员的广泛研究。近年来,通过对传统静电纺丝工艺的改进,科研人员已经能够针对大量微纳米纤维进行同时操纵而制备出有序的纳米纤维阵列,然而却始终无法保证纤维阵列的高度有序性,从而极大的限制了其在精密微电子和光电子器件等领域的应用。为了弥补这种缺陷,需要开发新的制备工艺来实现对单根微纳米线的定位生长与沉积。

近日,中科院半导体研究所超晶格国家重点实验室沈国震课题组与北京科技大学数理学院陈娣教授合作,设计出一种近场直写技术,克服了传统电纺纤维无序和不可控的缺点,实现了对单根微纳米线的精确操纵,能够在硬性基底和柔性基底上高效、大面积的制备高度有序的无机或有机微纳米线。利用这种技术打印的锗酸锌微米线阵列可以按需求调控微米线的形貌、数目和沉积位置,进而避免了对于制备的微纳米线的二次操作。基于锗酸锌微米线的光电探测器件具有较低的暗电流(~1012 A),并在360 nm的紫外光下表现出了高达4×103的开关比特性,同时还可以通过控制打印微米线的数目来达到调控锗酸锌光电探测器件的光响应性能的目的,这对于实现器件电学性能的可控性提供了十分有利的条件,在光敏成像等电子器件方面具有极大的应用潜力。基于这种锗酸锌微米线阵列,该课题组制作了7×7阵列的图案化的集成图像传感器,像素密度为10个/cm2。由于近场直写过程中相邻微米线之间的间距可调,因此可以进一步实现对于像素密度的提高和图案化传感器件的种类,进而在微电子器件和精密电子器件领域发挥一定的作用。这种半导体微米线集成打印技术结合电子器件的图案化设计能力,在不远的将来能够用于新型的柔性可穿戴式传感器件、电子纺织品、晶体管和精密集成电路等领域。

研究成果近期发表在Advanced Materials Technologies(DOI: 10.1002/admt.201800050)上。

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