Fabrikasi film tipis SrGe2 pada substrat Ge (100), (110), dan (111)

Hasil dan Diskusi

Gambar 1 menunjukkan RHEED dan θ –2θ Pola XRD sampel setelah pengendapan Sr. Untuk semua sampel, pola RHEED bergaris atau berbintik diamati setelah deposisi Sr, menyiratkan pertumbuhan epitaksial senyawa Sr−Ge. Untuk sampel dengan substrat Ge (100), puncak dari Sr₅ Ge₃ muncul untuk semua T _sub (Gbr. 1a−e). Selain itu, puncak dari SrGe muncul untuk T _sub = 600 dan 700 °C (Gbr. 1d, e). Hanya sampel dengan T _sub = 300 °C menunjukkan puncak dari SrGe₂ (Gbr. 1a), bahan target dalam penelitian ini. Gambar 1a menunjukkan bahwa sampel dengan T _sub = 300 °C berisi SrGe₂ . yang berorientasi [100] istimewa dan [220]-berorientasi Sr₅ Ge₃ . Puncak yang berasal dari substrat, Ge (200), lebih terlihat untuk T . yang lebih tinggi _sub . Perilaku ini terkait dengan cakupan permukaan senyawa Sr–Ge pada substrat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Untuk sampel dengan substrat Ge (110), tidak ada puncak selain dari SrGe₂ (411) dan substrat Ge diamati untuk T _sub = 300−600 °C (Gbr. 1f−i). Puncak dari SrGe₂ (411) menunjukkan intensitas tertinggi untuk T _sub = 500 °C (Gbr. 1h), menunjukkan bahwa sampel dengan T _sub = 500 °C berisi SrGe dengan komposisi tunggal₂ dengan orientasi tinggi [411]. Untuk sampel dengan substrat Ge (111), puncak dari SrGe₂ muncul untuk semua T _sub (Gbr. 1k−o). Sampel dengan T _sub = 300, 400, 500, dan 700 °C menunjukkan SrGe yang berorientasi [110]₂ (Gbr. 1k–m, o), sedangkan SrGe₂ puncak untuk T _sub = 300 dan 400 °C cukup luas. Sampel dengan T _sub = 500 dan 600 °C menunjukkan SrGe multi-orientasi₂ (Gbr. 1m, n). Selain itu, puncak kecil dari Sr₅ Ge₃ (220) muncul untuk T _sub = 400, 500, dan 700 °C (Gbr. 1l, m, o). Oleh karena itu, morfologi pertumbuhan senyawa Sr-Ge pada substrat Ge berubah secara dramatis tergantung pada suhu pertumbuhan dan orientasi kristal substrat. Perilaku ini kemungkinan terkait dengan energi permukaan substrat Ge tergantung pada orientasi kristal [24] dan keseimbangan laju suplai atom Ge dari substrat dan laju penguapan atom Sr dari permukaan sampel.

RHEED dan θ –2θ Pola XRD sampel setelah pengendapan Sr. Orientasi kristal substrat Ge adalah a e (100), f j (110), dan k o (111). T _sub berkisar antara 300 hingga 700 °C untuk setiap substrat. Puncak yang sesuai dengan SrGe₂ disorot dengan warna merah

Gambar SEM sampel setelah deposisi Sr. Orientasi kristal substrat Ge adalah a e (100), f j , (110), dan k o (111). T _sub berkisar antara 300 hingga 700 °C untuk setiap substrat. Panah di setiap gambar menunjukkan arah kristal substrat Ge

Gambar 2 menunjukkan gambar SEM dari permukaan sampel. Terlihat bahwa substrat sebagian besar ditutupi oleh senyawa Sr−Ge untuk T _sub = 300 °C (Gbr. 2a, f,k). Untuk T _sub = 400, 500, dan 600 °C, kita dapat mengamati pola unik yang mencerminkan orientasi kristal substrat, yaitu, simetri dua kali lipat untuk Ge (100) (Gbr. 2b−d), simetri satu kali lipat untuk Ge (110) ( Gbr. 2g−i), dan simetri lipat tiga untuk Ge (111) (Gbr. 2l−n). Pola ini juga dapat dilihat untuk silisida pada substrat Si [1, 25] dan memastikan pertumbuhan epitaxial senyawa Sr−Ge pada substrat Ge. Sampel dengan T _sub = 700 °C menunjukkan pola titik, menunjukkan bahwa atom Sr bermigrasi dengan cepat dan/atau menguap karena T yang tinggi _sub . Hasil SEM ini menjelaskan pola RHEED bergaris atau berbintik pada Gambar. 1. Oleh karena itu, kami berhasil mendapatkan SrGe₂ berorientasi tunggal menggunakan substrat Ge (110) dengan T _sub = 500 °C, sedangkan untuk substrat Ge (100) dan Ge (111), SrGe berorientasi ganda₂ atau senyawa Sr–Ge lainnya diperoleh.

Kami mengevaluasi struktur penampang sampel yang terperinci dengan substrat Ge (110) dan T _sub = 500 °C. Untuk mencegah oksidasi SrGe₂ , lapisan Si amorf setebal 100 nm diendapkan pada permukaan sampel. Gambar HAADF-STEM pada Gambar 3a dan pemetaan EDX pada Gambar 3b menunjukkan bahwa senyawa Sr-Ge terbentuk pada hampir seluruh permukaan substrat Ge. Gambar HAADF-STEM yang diperbesar pada Gambar. 3c menunjukkan bahwa senyawa Sr-Ge menggali substrat Ge, yang merupakan ciri khas pertumbuhan RDE [17, 18]. Profil komposisi unsur pada Gambar 3d menunjukkan bahwa Sr dan Ge ada dengan komposisi 1:2. Hasil pada Gambar. 1 dan 3 mengkonfirmasi pembentukan SrGe₂ kristal.

Karakterisasi HAADF-STEM dan EDX dari SrGe₂ film tipis yang ditumbuhkan pada substrat Ge (110) pada 500 °C. a Gambar HAADF-STEM. b Peta elemen EDX dari wilayah yang ditampilkan di panel a . c Gambar HAADF-STEM yang diperbesar. d Profil komposisi elemen diperoleh dengan pengukuran pemindaian garis STEM-EDX di sepanjang panah di panel (c )

Gambar TEM medan terang pada Gambar. 4a dan gambar TEM medan gelap pada Gambar 4b, c menunjukkan bahwa sementara SrGe₂ ditumbuhkan secara epitaksial pada substrat Ge, ia memiliki dua orientasi dalam arah bidang. Gambar kisi pada Gambar. 4d dengan jelas menunjukkan dua SrGe₂ kristal (A dan B) dan batas butir di antara mereka. Pola difraksi area yang dipilih (SAED) pada Gambar. 4e menunjukkan pola difraksi yang sesuai dengan dua SrGe₂ kristal (A dan B). Gambar 4d, e juga menunjukkan bahwa bidang Ge (111) dan SrGe₂ (220) bidang sejajar di setiap kristal. Hasil ini menunjukkan bahwa SrGe₂ kristal A dan B secara epitaksial tumbuh dari bidang Ge (111) substrat dan kemudian saling bertabrakan. Tidak ada cacat, seperti dislokasi atau kesalahan susun, yang ditemukan di SrGe₂ selain batas butir. Oleh karena itu, SrGe₂ berkualitas tinggi kristal berhasil diperoleh melalui pertumbuhan RDE pada substrat Ge(110).

Karakterisasi TEM dari SrGe₂ film tipis yang ditumbuhkan pada substrat Ge (110) pada 500 °C. a Gambar TEM bidang terang. b , c Gambar TEM bidang gelap menggunakan SrGe₂ {220} refleksi bidang ditunjukkan pada setiap pola difraksi. d Gambar kisi resolusi tinggi menunjukkan SrGe₂ kristal. e Pola SAED menunjukkan SrGe₂ 113〉 sumbu zona, diambil dari wilayah termasuk SrGe₂ kristal dan substrat Ge