城大學者發明高質量碲納米網的低溫合成方法，助開發新一代電子產品
由香港城市大學（城大）學者領導的一支聯合科研團隊最近發明了一種新方法，能夠以較低的溫度和生產成本，合成高質量的半導體納米網（nanomesh）。這項發現有助於大規模生產納米網，以開發新一代的高性能電子產品。
納米網是由納米線網絡組成的納米級材料。過去數十年來，由無機單晶材料製成的一維（1D）納米線，由於具有卓越的機械性能、能源效率和光學透明度等優點，因此一直成為科學界的研究對象，探索如何利用它來開發新一代的電子產品。然而，納米線半導體的可拓展性、可整合性和成本效益都有不足之處，限制了它們在大面積電子和光電應用方面的發展潛力。
為了克服上述缺點，一支由香港城大科學家領導的研究團隊近日取得了突破性進展，發明了一種低溫、氣相生長方法，能夠大規模地合成半導體碲（tellurium，Te)的納米網，供新一代的電子產品使用。
帶領今次研究的香港城大材料科學及工程學系副系主任何頌賢教授說：「在電子產品中使用碲納米網，有望滿足現今物聯網（IoT）應用的新興技術需求。今次研究取得的突破，為大規模生產功能性碲納米網邁出重要一步，以往通過其他方法製成的納米網所無法實現的一些潛在應用，現在都變得可能。」
透過新研發的製造技術，可以在各種基材上生產高質量的碲納米網，包括氧化矽、聚合物（可拉伸塑料）甚至是紙張。這新技術不單適用於大規模生產碲納米網，而且具成本效益。
要促使碲納米網的生成，首要把碲源粉蒸發為氣相，然後利用氬氣流傳輸至攝氏100度加熱的生長基材表面。團隊在設計這種創新的合成方法時，運用了納米材料的多尺度范德華相互作用（van der Waals interactions）原理，最後成功製造出由能夠自我組裝和自我焊接的碲納米線所組成的納米網。這些納米線在攝氏100度相對低的溫度下便能沉積，並可在任何物質表面上橫向生長，這是傳統方法無法做到的。
由於生產時只需低至攝氏100度的環境，而新技術製作納米網亦可在不同的基材表面長成，令到生產成本更低。而且，這次研究發現碲納米網在生成的過程中，會出現自我焊接的現象，這對於提高裝置的性能和確保柔性電子產品的機械穩固性，極為重要。
團隊的實驗亦展示了碲納米網的多功能應用的可能性，包括微米級圖案的生成、高遷移率晶體管的製造，以及在紙上製成響應快速和敏感的紅外線探測器（光響應時間少於3微秒）。
（圖片來源：Meng, Y. et al, https://www.nature.com/articles/s41467-023-38090-8）
何教授說：「我們於實驗裡製成的器件的所有指標與數據，均與現時最先進的同類器件不相伯仲，但製造成本更低。它們極具潛力，可應付新興技術的需求。」他續說：「這次研究成果改善了納米網的傳輸和光電性能，也解決了對目標器件基材和納米網生長過程的兼容性問題的憂慮。因此，這些器件將可通過具成本效益的方法，在各種技術功能基面上，大規模地製造。」
上述研究成果已於科學期刊《自然通訊》（Nature Communications）上發表，標題為〈Van der Waals nanomesh electronics on arbitrary surfaces〉。
論文的第一作者是城大材料科學及工程學系博士後孟優博士和李曉翠博士。通訊作者是何教授、城大理學院副院長（拓展及國際事務）兼化學系副教授黃駿弦博士，以及中國科學院長春光學精密機械與物理研究所副教授王飛博士。其他合作的學者包括城大材料科學及工程學系陳福榮教授，以及來自九州大學、中國電子科技大學、鄭州大學和北京工業大學的研究人員。
今次研究得到了香港研究資助局和香港城大的資助，以及高時空分辨電子顯微中心和香港城大的透射電子顯微鏡（TEM）設施的協助。