后摩爾時代集成電路的發展，尤其是10 nm工藝節點之后，越來越依賴深紫外（DUV）和極深紫外（EUV）光刻技術定義溝道特征尺寸（CD）。特別是作為圍柵結構晶體管（GAA FET）的關鍵—CD <10 nm的三維堆疊納米線晶硅溝道目前只能通過最先進的“自上而下”光刻刻蝕工藝實現。隨著溝道特征尺寸的下降，其工藝復雜度和成本快速上升。更為重要的是，由于技術和核心設備的封鎖，使得我國發展這項技術面臨一系列極端難題。相較而言，“自下而上”的催化生長技術則提供了一種更為靈活、高效和低成本的硅納米線制備路徑。然而，面向大規模可靠集成應用，尤其是產業化電子器件，其主要技術挑戰在于：如何在三維空間實現CD小于10 nm的納米線精確控制生長、定位以及規則排布。
針對這一難題，南京大學電子學院余林蔚教授團隊基于團隊自主創新的平面IPSLS納米線生長模式，采用側壁精細溝槽引導技術實現了三維堆疊超細、均勻納米線的“超限制調控生長”，首次將其寬度和高度分為微縮至Wnw= 9.9 ± 1.2 nm 和Hnw= 18.8 ± 1.8 nm，達到10 nm技術節點特征尺寸，并能實現可靠批量制備。此外，硅納米線溝道的截面形貌可以通過溝槽結構方便地從高而窄的“鰭狀”結構調控為扁而寬的“納米片”狀結構--預示著一個關鍵的納米線溝道形貌調控新維度。同時，此次工作中還提出通過一次連續彎道生長，連續獲得多排緊密排列的堆疊納米線溝道，最小化了催化金屬的使用量。另外，該文還展示了原型場效應晶體管器件。
這項成果突破，有望為我國自主創新和發展建立的可控GAA- FET技術路徑奠定新的關鍵技術基礎，從而進一步釋放“自下而上”生長集成技術在探索先進三維邏輯、傳感和NEMS結構器件的應用潛能。值得一提的是，此三維生長集成策略無需晶硅襯底作為基礎，可在低溫下（<350℃）可靠制備高品質單晶納米溝道，故而非常適用于探索實現真正的三維一體化集成技術（3D Monolithic Integration），為突破馮諾依曼框架的存算一體化新構架及類腦計算應用提供了一種可靠的全新技術方案和路線。
該工作近期以 “Ultra-confined catalytic growth integration of sub-10 nm 3D stacked silicon nanowires via self-delimited droplet formation strategy” 發表于Small上, DOI: 10.1002/smll.202204390。文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202204390 。其中，博士胡瑞金（2022年6月畢業，現任職揚州大學）為第一作者，余林蔚教授為通訊作者，研究工作得到了南京大學徐駿教授、施毅教授、王軍轉教授、劉宗光副研究員的大力支持，以及國家自然科學基金委重大研究計劃重點項目及華為-南京大學專項合作等基金項目資助，在此一并表示衷心感謝！
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