场效应晶体管是集成电路的基础逻辑单元,目前芯片中的晶体管的制备方法来主要采用自上而下的加工技术。为了提升芯片的集成度,晶体管的架构从最初的平面结构发展到了三栅鳍形和环栅纳米线结构。其中纳米线环栅结构可以进一步增强栅极的静电控制能力,有效压制短沟道效应,但这种结构需要借助高精度的极紫外光刻（EUV）。另一方面,自下而上的自组装方法,在生长制备半导体纳米线结构方面具有较大的灵活性,比如通过气相生长的方法可以制备出直径低于10 nm的单晶硅纳米线结构。基于自下而上自组装方法生长的半导体纳米线结构,已经成功制备出了高性能的晶体管,逻辑器件和小型芯片。如何有效利用自组装方法生长的晶硅纳米线结构,来构筑高性能的三维（3D）环栅结构晶体管,仍是一个悬而未决的难题。因为通过传统气-液-固（VLS）生长模式生长制备的晶硅纳米线结构,一般垂直于衬底表面,所以需要经过转移和组装,形成规则的硅纳米线阵列或薄膜之后,才能用来制备大面积电子器件。但二次转移过程会可能会对纳米线结构造成损伤,而且二次组装过程中纳米线的位置和取向也较难控制。为了解决这些难题,科研人员开发出了一种新的平面纳米线生长模式（面内固-液-固,IPSLS）,这种方法主要通过金属液滴吸收沉积在衬底表面的非晶硅前驱体,在衬底表面生长晶硅纳米线结构。这种方法可以有效把晶硅纳米线结构束缚在平面内,并且能够通过引导台阶的设计来控制和引导金属液滴的运动,从而有效控制硅纳米线的位置和取向,在指定位置生长出特定的硅纳米线阵列。基于定位生长的硅纳米线阵列,就可以构筑各种硅纳米线电子器件。此外,IPSLS纳米线生长模式具有在三维结构表面生长复杂纳米线结构的潜力,但还没有用于三维纳米线结构的构筑。本文主要围绕平面固-液-固硅纳米线生长模式（IPSLS）,具体研究了IPSLS纳米线生长技术在生长构筑三维硅纳米线架构方面的应用,基于三维堆叠硅纳米线结构构筑了三维鳍形晶体管（3D Fin-FET）和三维侧栅晶体管。研究了金属铟液滴在硅柱侧壁上的运动特征,实现了三维纳米线螺旋结构可控制备。发展了一种可靠释放三维晶硅纳米线螺旋结构的方法,获得了自支撑硅纳米线螺旋结构。在不同频率电场的激发下,研究了三维纳米线结构的共振模式,实现了硅纳米线螺旋结构的外场激发振动。研究了低熔点金属镓、铟和镓-铟合金生长硅纳米线的低温极限,实现了晶硅纳米线的超低温生长,在全低温条件下构筑了晶体管器件。并在Polyimide（PI）和Polyethylene Terephthalate（PET）有机衬底上实现了晶硅纳米线阵列的生长制备,实现了无机纳米线结构生长技术与有机衬底的有效结合。基于PI衬底上生长的硅纳米线,制备了纳米线压力传感器。具体而言,本博士论文工作的主要创新点可以概括为以下四个方面:1.基于IPSLS纳米线生长技术,借助三维侧壁台阶和波纹结构的引导,在三维空间实现了硅纳米线结构生长制备,获得了直径均匀,三维高密度堆叠的晶硅纳米线阵列。构筑了三维鳍形晶体管（3D Fin-FET）和三维侧栅晶体管。其中3D Fin-FET的开关比可达到107,关态漏电流小于10-13 A,空穴迁移率60（88）2/(1。侧栅晶体管的开关比大于107,空穴迁移率57（88）2/(1。其中发展出的循环刻蚀技术可适用于任意无机衬底,为三维结构的可控制备提供了新的工艺方法。三维高密度堆叠晶硅纳米线阵列的可控生长制备,未来在高性能显示等领域具有较大的应用前景。2.发现了金属液滴硅柱侧壁波纹状结构表面的自换行运动,研究了金属液滴在波纹状侧壁表面的运动模式,探索了金属液滴在不同引导沟道之间顺向和逆向切换的原因,实现了晶硅纳米线在三维空间的连续生长,成功制备了三维硅纳米线螺旋结构。通过深硅刻蚀工艺对硅柱的结构和形貌的有效调控,实现了三维硅纳米线螺旋结构的可控制备。3.结合湿法刻蚀和干法刻蚀工艺的优势,实现了三维纳米线螺旋结构可靠悬空释放。在SEM系统中,利用微移动平台,原位研究了自支撑三维纳米线螺旋结构的力学特性,三维纳米线结构可以被拉伸到240%,并能够回复到原来形状。通过施加不同频率交流电场,研究了自支撑三维纳米线螺旋结构共振模式。三维纳米线螺旋结构,未来可在NEMS系统中,用作柔性连接,支撑结构和共振器。4.研究了低熔点金属镓、铟及镓-铟合金催化生长硅纳米线的低温极限。实验证实了纯铟的生长硅纳米线的低温极限约为160℃,而共晶镓铟合金的低温生长理论极限为54℃。利用铟和共晶镓铟作为催化金属分别在170℃和90℃左右温度条件下,实现了晶硅纳米线的高效引导生长,并直接在PI/PET衬底上实现了硅纳米线阵列的生长制备。提出了一种局域结晶模型,分析了不能继续降低硅纳米线生长温度的原因。基于晶硅纳米线低温生长技术,在全低温条件先构筑了硅纳米线晶体管和压力传感器器件。超低温生长硅纳米线技术的实现,将为高性能柔性电子器件的大规模制备,提供新的发展动力和基本技术保障。