通過人工組分調控和設計，實現異質鍺硅超晶格結構是探索新一代光電器件應用的基礎。而在準一維的納米線溝道中，能同時疊加組分（Compositional）和形貌（Geometric）變化對能帶的調控能力，有望建立更為高效的物性調控新技術和新思路。

傳統鍺硅異質（軸向）超晶格納米線制備依賴于交替氣氛供給的VLS生長模式，由于背景環境中的組分切換遲滯（reservoir）效應，難以獲得非?！颁J利”的組分調控。每個組分周期至少需要兩次生長環境切變（switching）和清洗（purging）過程，故而生長制備成本高且非常緩慢。此外，豎直生長超晶格納米線難以實現規模定位集成，這也為平面工藝應用帶來巨大困難。

南京大學電子科學與工程學院余林蔚教授課題組，首次提出并嘗試了一種全新的思路：將鍺硅納米線組分調控的切換任務，交付給在平面上滾動前進的納米金屬液滴來完成。例如，利用低熔點金屬銦作為催化顆粒，以非晶a-Si/a-Ge疊層作為前驅體，銦顆粒在平面運動中在前端吸收非晶層并在后端淀積出晶態的納米線結構。當液滴運動速度足夠高的時候，由于本身“滾動”導致的內部輸運渦旋作用，可自發地調制對底層a-Si/a-Ge疊層的吸收深度，在平面“動態跳躍”過程中，實現周期性、形貌和組分同步調制的嵌套異質鍺-硅超晶格島鏈納米線（Ge/Si hetero island-chain nanowires, hiNWs）結構。

實驗發現，其異質鍺硅納米線結構的組分、周期和直徑等關鍵參數均可通過非晶疊層設計和液滴大小控制有效調節。其中Ge成分在Ge/Si異質界面上可在幾個納米內完成75%Ge的自發轉變，不需要任何外界人工調控干預。同時，鍺硅超晶格納米線可以被精確定位在指定區域，為后續電學接觸和器件探索帶來巨大方便。此項研究為探索新型納米液滴動態物性調控手段，實現高效光電功能結構和器件應用奠定了關鍵基礎。

圖1. 動態跳躍液滴誘導生長異質鍺-硅超晶格島鏈納米線結構。

本項研究成果論文近期發表在《Nano Letters》上，論文第一作者為博士生趙耀龍同學，通訊作者是南京大學余林蔚教授。相關工作得到了電子科學與工程學院的徐駿教授、施毅教授以及法國巴黎綜合理工Pere Roca i Cabarrocas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”計劃的資助。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b02847

來源：材料科學與工程