【產(chǎn)通社，9月8日訊】南京大學(xué)（Nanjing University）官網(wǎng)消息，面向核事故救援、核戰(zhàn)場和外太空等極端苛刻的應(yīng)用場景，現(xiàn)有的電子邏輯和存儲器件的耐用性面臨著巨大的挑戰(zhàn)，尤其是針對其耐輻射和耐高溫方面具有極大的需求。對于傳統(tǒng)的晶硅場效應(yīng)晶體管器件（Field-Effect-Transistor, FET）來說，其柵極電介質(zhì)易因積累輻射損傷或高溫(＞250 ℃)而產(chǎn)生熱載流子擊穿而導(dǎo)致性能下降甚至失效。相對而言，完全依靠機械控制開關(guān)狀態(tài)的納機電(Nano-Electro-Mechanical, NEM)開關(guān)則相對不受高溫和強輻射的影響，在諸多惡劣環(huán)境下具有優(yōu)異的魯棒性，此外，還具有準(zhǔn)零漏電流、極低的亞閾值擺幅和極高的電流開關(guān)比等優(yōu)勢。使其成為具有代替?zhèn)鹘y(tǒng)FET器件的理想選擇之一。

然而，傳統(tǒng)的靜電驅(qū)動的MEM開關(guān)通常需要在較高的工作電壓下進行工作（＞10V），因此，如何降低NEM開關(guān)器件的工作電壓逐漸受到越來越多的關(guān)注。針對靜電驅(qū)動方案，主要的措施是縮減氣隙間距，而根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，5V以下的電壓則必須匹配＜30nm的致動氣隙。而這對于微加工工藝而言無疑是十分苛刻的條件，對于平面開關(guān)結(jié)構(gòu)，制造極窄的氣隙需要借助復(fù)雜且昂貴的高精度光刻技術(shù)（如電子束光刻、極紫外光刻等）和精密的刻蝕條件。另一種解決方案則是采用平面外開關(guān)結(jié)構(gòu)，利用犧牲層刻蝕方案制造出僅4nm的平面外極窄氣隙，從而實現(xiàn)低于1V的工作電壓。然而，極窄的氣隙也大大降低了懸臂的彈性勢能，從而出現(xiàn)懸臂無法克服范德華力有效分離回彈的不可逆開關(guān)失效的問題。

為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，南京大學(xué)余林蔚教授團隊提出了一種新型的洛倫茲力驅(qū)動的雙向驅(qū)動平面外結(jié)構(gòu)NEM開關(guān)。其由一體成型的單根形貌編程的硅納米線（Silicon Nanowire，SiNW）構(gòu)成，該SiNW通過余林蔚課題組自主創(chuàng)新的平面內(nèi)固-液-固 (In-plane solid-liquid-solid, IPSLS) 方法生長。懸空的納米線懸臂在矢量洛倫茲力驅(qū)動下，可以迅速向下彎曲以接觸底部電極使開關(guān)導(dǎo)通，也可以向上彎曲從而關(guān)斷器件。這種可雙向驅(qū)動的洛倫茲力可以有效地克服納米線和電極之間的范德華力。這種策略不僅實現(xiàn)了低于0.2V的超低工作電壓，還使用微米級的氣隙來確保器件關(guān)斷狀態(tài)的穩(wěn)定性。此設(shè)計策略將為構(gòu)建在惡劣環(huán)境下運行的高性能納機電邏輯器件提供有利條件。

該工作以”Lorentz-force-actuated bidirectional nanoelectromechanical switch with ultralow operation voltage”為題發(fā)表在期刊《Nano Letter》上。文章共同第一作者為南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院的博士生李典倫和嚴江，余林蔚和王軍轉(zhuǎn)教授為文章共同通訊作者。該工作的開展得到了南京大學(xué)陳坤基教授、徐駿教授和施毅教授團隊的支持和指導(dǎo)，受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金杰出青年學(xué)者項目以及國家自然科學(xué)基金重點點項目的資助。

查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://www.nju.edu.cn/info/1067/373381.htm。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）

余林蔚教授課題組簡介：https://ese.nju.edu.cn/yly_24153/list.htm
論文信息：Lorentz Force-Actuated Bidirectional Nanoelectromechanical Switch with an Ultralow Operation Voltage. Dianlun Li, Jiang Yan, Ying Zhang, Junzhuan Wang*, Linwei Yu*.
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c01999    （完）