Pembuatan Efisien Mikrodisk GeSn Berkualitas Tinggi, Longgeng Regangan melalui Epitaksi Selektif dan Penggorehan Basah
Abstrak
GeSn adalah bahan yang menjanjikan untuk pembuatan perangkat fotonik dan nanoelektronik on-chip. Teknik pemrosesan yang khusus untuk GeSn telah dikembangkan, termasuk epitaksi, aneling, implan ion, dan penggorehan. Dalam karya ini, mikrodisk GeSn yang digantung, longgeng regangan, dan berkualitas tinggi direalisasikan dengan pendekatan baru tanpa penggorehan pada ligan GeSn. Ligan GeSn ditumbuhkan pada substrat Ge (001) yang sudah dipola dengan epitaksi sinar molekul (MBE) pada suhu rendah. Mikroskop elektron transmisi dan mikroskop elektron pemindai dilakukan untuk menentukan mikrostruktur sampel GeSn. Mikrodisk dengan diameter berbeda dari pedestal Ge dibuat dengan mengontrol waktu penggorehan basah selektif, dan hasil mikro-Raman menunjukkan bahwa mikrodisk dengan dimensi berbeda dari pedestal Ge yang tersisa memiliki tingkat longgeng regangan yang berbeda. Regangan kompresif mikrodisk hampir sepenuhnya longgeng dalam kondisi yang sesuai. Teknologi pemrosesan semiconductor yang disajikan dalam karya ini dapat menjadi metode alternatif untuk memproduksi mikro/nano-struktur inovatif berbasis GeSn dan bahan lain untuk berbagai aplikasi fotonik kompatibel Si, 3D-MOSFET, dan perangkat mikroelektromekanis.
Pendahuluan
Germanium-timah (GeSn), materi grup IV kompatibel CMOS, telah menarik perhatian signifikan dalam beberapa tahun terakhir untuk aplikasinya dalam elektronika dan optoelektronik. Legasi lebih banyak timah ke dalam Ge dapat meningkatkan mobilitas pembawa serta mengubah jarak energi dari transisi tidak langsung menjadi langsung [1, 2]. Kerja teoretis [3,4,5] dan studi eksperimental berbasis fotoluminescensi [6,7,8] menunjukkan bahwa transisi tidak langsung menjadi langsung untuk ligan GeSn yang longgeng terjadi pada kandungan timah tidak kurang dari 6,5%. Namun, kesetimbangan larutan yang rendah (1%) timah dalam Ge [9, 10] dan ketidakcocokan jaringan yang besar (~ 15%) antara Ge dan α-Sn menimbulkan tantangan besar bagi realisasi ligan GeSn yang bebas cacat dengan bahkan beberapa atom % timah substitusional. Penggunaan teknik pertumbuhan non-kesetimbangan seperti epitaksi sinar molekul suhu rendah (MBE) [11,12,13,14,15], deposisi uap kimia (CVD) [16,17,18,19,20], dan epitaksi fasa padat [21, 22] sangat dibutuhkan.
Dalam kasus ligan GeSn yang ditumbuhkan pada substrat virtual Ge longgeng regangan atau substrat Ge, kualitas GeSn tertinggi diharapkan dapat dicapai dalam kondisi pseudomorf, atau sepenuhnya tergereg, yang dapat menghindari pembentukan ketidakcocokan dan dislokasi berselubung. Namun, ligan GeSn tersebut tergereg kompresif (~ 0,15% per 1% timah) dan regangan yang diinduksi epitaksi ini mengakhiri efek legasi timah dengan Ge untuk konversi jarak energi. Akibatnya, kandungan timah yang jauh lebih tinggi sebesar 17% untuk lapis epi GeSn pseudomorf pada Ge (001) [23] diperlukan untuk mencapai jarak energi langsung, yang mengakibatkan tantangan yang sangat tinggi untuk epitaksi dan kualitas materi yang rendah. Oleh karena itu, manipulasi regangan tanpa menyelaraskan kualitas kristal dari lapis epi GeSn menjadi masalah yang sangat penting. Penggorehan selektif dari substrat virtual Ge atau substrat Ge yang menginduksi stres di bawah lapis epi GeSn untuk membentuk mikrostruktur yang sebagian digantung adalah teknik yang menjanjikan untuk mengatasi regangan kompresif dalam film GeSn. Sebagai contoh, mikrodisk GeSn yang digantung dengan tiang pendukung di tengah telah dibuat [24,25,26,27,28]. Struktur ini tidak hanya dapat mereduksi regangan kompresif dalam lapis GeSn melalui deformasi elastis pada permukaan bebas tetapi juga dapat membatasi model optik di tepi mikrodisk karena kontras indeks bias refractif yang kuat antara GeSn dan medium sekitar (udara), seperti mode whispering-gallery [16, 25]. Sampai saat ini, hanya satu metode untuk menyiapkan mikrodisk GeSn melalui litografi optik pasca pertumbuhan dan penggorehan top-down dari film GeSn dua dimensi yang dilaporkan [16, 24, 29, 30]. Namun, proses ini mungkin mengalami efek ketidakcocokan termal selama proses penggorehan pasca pertumbuhan, yang akan mengakibatkan kualitas materi yang menurun dari mikrodisk GeSn. Baru-baru ini, P. Ponath et al. melaporkan pertumbuhan area selektif dari BTO yang sangat kristal dan berorientasi sumbu c [31], yang menginspirasi kami untuk pembuatan mikrostruktur GeSn. Dengan menempatkan mikrodisk GeSn secara langsung pada langkah terakhir pada substrat SiO2/Ge yang sudah dipola dan kemudian menggoreh secara selektif substrat Ge dengan mengikuti pelapisan pengorbanan SiO2, mikrodisk GeSn yang digantung dapat dibuat tanpa proses penggorehan pasca pertumbuhan yang konvensional dan kompleks. Jika metode ini layak dilakukan, dapat menghindari masalah di atas dan dengan demikian mendapatkan mikrostruktur GeSn yang berkualitas lebih tinggi dan longgeng regangan. Selain itu, ini juga merupakan metode yang sangat menjanjikan yang dapat mencapai pola sembarang dengan akurasi tinggi dan rasio aspek yang baik, terutama untuk integrasi tiga dimensi dari struktur perangkat kompleks yang membutuhkan kontrol ketebalan lapis yang tepat.
Dalam makalah ini, struktur mikrodisk GeSn berhasil dibuat dengan metode baru. Ini adalah pertama kalinya mikrodisk GeSn disiapkan dengan menggabungkan pertumbuhan epitaksial selektif dengan langkah sederhana penggorehan basah selektif. Ketebalan, konsentrasi timah, dan kualitas kristal lapis epi GeSn dikarakterisir dengan mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HRTEM) dan spektrometri massa ion sekunder (SIMS). Mikroskop elektron pemindai (SEM) dan mikro-Raman (μ-Raman) digunakan untuk mendapatkan wawasan tentang mikrostruktur mikrodisk GeSn yang dibuat. Hasil mikro-Raman suhu ruang (RT) menunjukkan bahwa mikrodisk dengan dimensi berbeda dari pedestal Ge yang tersisa memiliki tingkat longgeng regangan yang berbeda. Regangan kompresif mikrodisk hampir sepenuhnya longgeng dalam kondisi yang sesuai. Metode pembuatan mikrodisk ini tanpa perlu menggoreh GeSn itu sendiri bermanfaat untuk mendapatkan ligan GeSn dan nanostruktur materi lain yang longgeng dan berkualitas tinggi.
Metode
Bahan
Wafer Ge dibeli dari perusahaan AXT. Aseton, alkohol isopropil, asam hidroflourida, alkohol etil, peroksida hidrogen, amonia larutan, dan hidrogen peroksida disediakan oleh Sinopharm Chemical Reagent (Tiongkok). Air deionis H2O (18,2 MΩ·cm) diperoleh dari sistem ultrafiltrais (Milli-Q, Millipore, Marlborough, MA).
Persiapan Substrat Ge yang Sudah Dipola
Wafer Ge (001) (tipe n, 0,025–0,031 Ωcm) pertama kali direndam dalam aseton dan alkohol isopropil selama 3 menit dan kemudian dibersihkan kimiawi menggunakan larutan asam hidroflourida yang diencerkan (HF:H2O = 1:20) selama 20 detik pada suhu ruang. Selanjutnya dilakukan pemucuan dengan air deionis yang mengalir (DI–H2O). Prosedur pembersihan ini sangat penting, terutama perawatan HF untuk mengupas lapis oksida asli dan memastikan permukaan Ge bersih dan kontak rapat dengan lapis SiO2 berikutnya. Dalam hal ini, profil lift-off dicapai dengan deposisi lapis komposit Si/SiO2. Kemudian wafer dikeringkan dengan meniup nitrogen kering dan segera dimuat ke ruang vakum ultra (UHV) dari deposisi uap kimia yang dipancarkan plasma (PECVD) dan dianeling pada 300 °C selama 20 menit untuk mengeluarkan gas sepenuhnya. Kemudian, lapis SiO2 300 nm ditetapkan pada suhu yang sama oleh PECVD diikuti dengan deposisi 50 nm Si policristal tidak didop dengan sputtering magnetron pada suhu ruang, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1a. Pembukaan lingkaran dalam lapis komposit Si/SiO2 difola dengan teknik litografi foto standar (Gambar 1b) dan dua proses penggorehan (Gambar 1c, d).
Ilustrasi skematik silang untuk pembuatan mikrodisk GeSn yang digantung
Secara rinci, sebelum memfola wafer Si/SiO2/Ge, wafer dibersihkan dengan aseton, alkohol etil, dan DI-H2O, kemudian dikeringkan dengan N2 dan dipanaskan terlebih dahulu dalam oven pada 90 °C. Selanjutnya, wafer dilapisi resist foto AZ5214 menggunakan pelapisi putar pada kecepatan 4000 r/min selama 30 detik dan kemudian diletakkan pada pemanas lembut untuk baking lembut pada 90 °C selama 2 menit. Mesin pembuat mask (Heidelberg, uPG501) kemudian digunakan untuk membuat array pola lingkaran pada tumpukan Si/SiO2/Ge. Pola lingkaran ditempatkan pada jarak 5 μm satu sama lain, sementara diameter bervariasi dari 3 hingga 5 μm. Pola kemudian dipindahkan ke lapis SiO2 bawah dengan dua proses penggorehan. Penggorehan kering anisotrop dengan reaksi ion dengan campuran gas CF4 dan O2 pertama kali digunakan untuk menggoreh lapis Si/SiO2 dan dihentikan dengan sekitar 20 nm SiO2 yang tersisa. Kemudian resist foto dicairkan dan penggorehan basah menggunakan HF yang diencerkan pada suhu ruang dilakukan untuk menghapus lapis SiO2 yang tersisa sehingga mengungkapkan germanium di dalam pembukaan lingkaran dan juga menggoreh secara lateral di bawah tepi polisilikon yang didefinisikan untuk membuat overhang yang merupakan profil yang diinginkan untuk lift off.
Pertumbuhan GeSn dan Pembuatan Mikrodisk
Untuk deposisi lunak GeSn, sistem MBE sumber padat (Riber SSC) dengan tekanan dasar 2 × 10−10 Torr digunakan [32]. Evaporator sinar elektron dan sel effusion BN pirolitik menggunakan sumber padat berkualitas tinggi dilengkapi untuk evaporasi Ge dan Sn dalam sistem MBE. Monitor kristal quartza digunakan untuk menkalibrasi laju deposisi. Sebelum memuat substrat yang sudah dipola ke dalam sistem UHV, substrat dibersihkan dengan plasma oksigen untuk menghilangkan sisa organik yang diinduksi oleh penggorehan kering. Setelah dicuci dengan aseton, alkohol isopropil, dan HF yang diencerkan, substrat dipindahkan ke ruang MBE untuk pertumbuhan ligan GeSn. Setelah desorpsi termal pada 450 °C selama 15 menit, substrat didinginkan secara in situ ke 150 °C untuk pertumbuhan lapis ligan GeSn dengan laju pertumbuhan Ge 0,5 Å s−1 dan flux Sn yang dikontrol sebagai sumber dop. Suhu pertumbuhan ini cukup rendah untuk secara efektif menahan segregasi permukaan Sn. Untuk mencegah oksidasi, lapis cap Ge 10 nm akhirnya ditetapkan pada suhu yang sama.
Setelah pertumbuhan, ligan GeSn dengan konsentrasi timah nominal 4% dan 10% akan digunakan untuk pembuatan mikrodisk. Lapis polisilikon tambahan tebal 30 nm kemudian ditetapkan pada atas sampel pada suhu ruang menggunakan sputtering magnetron untuk melindungi lapis GeSn dari penggorehan berikutnya. Kemudian, lapis SiO2 pengorbanan digoreh menggunakan HF yang diencerkan (1:1), yang juga mengakibatkan penghapusan lapis polisilikon yang menutupi dan film GeSn yang ditetapkan di atasnya. Seperti yang terlihat dalam Gambar 2, mikrodisk GeSn lingkaran terisolasi terungkap setelah lapis SiO2 digoreh. Namun, tepi mikrodisk lingkaran tidak terlalu halus yang buruk untuk efek penahanan optik. Situasi tidak terduga ini disebabkan oleh deposisi GeSn di tepi lapis SiO2 bawah yang timbul dari penggorehan lateral lapis SiO2 bawah yang tidak cukup dan sudut deposisi non-normal (30°). Selanjutnya, langkah sederhana penggorehan basah selektif mengundercut mikrodisk lingkaran pada suhu ruang, menghasilkan struktur mikrodisk GeSn yang digantung. Penggoreh selektif (APM) terdiri dari H2O2 (31 wt%), NH4OH (28 wt%), dan air DI dengan rasio volume 2:0,5:80 [30]. Akhirnya, lapis polisilikon pelindung atas digoreh dengan KOH. Skema langkah proses ditunjukkan dalam Gambar 1e–i.
Gambar SEM tampak atas mikrodisk lingkaran GeSn terisolasi berdiameter 5 μm setelah penghapusan mask bayangan
Dalam metode kami untuk membuat mikrodisk GeSn, penggorehan basah selektif akhir penting karena laju penggorehan yang berbeda untuk bahan GeSn dengan konsentrasi timah yang berbeda. Selektivitas penggorehan Ge terhadap Ge1−xSnx juga akan bervariasi dengan konsentrasi timah. Semakin tinggi konsentrasi timah dalam GeSn, semakin tinggi cakupan permukaan SnOy yang akan berkembang [33]. Ini akan mengurangi laju penggorehan basah GeSn dan menghasilkan selektivitas penggorehan Ge terhadap GeSn yang lebih tinggi. Studi sebelumnya telah melaporkan bahwa penggorehan basah berbasis H2O2 (H2O2:NH4OH:H2O = 2:0,5:80), sama dengan karya ini, mencapai selektivitas penggorehan Ge terhadap Ge0,928Sn0,072 sebesar 9:1 [30].
Hasil dan Pembahasan
Gambar 3a menunjukkan mikroskop TEM silang dari mikrodisk lingkaran GeSn berdiameter 5 μm tanpa lapis polisilikon atas. Gambar 3b, c adalah mikroskop TEM resolusi tinggi (HRTEM) untuk wilayah A dan B, yang masing-masing sesuai dengan antarmuka GeSn/Ge dan wilayah tengah lapis GeSn. Ketebalan film lapis GeSn sekitar 250 nm (Gambar 3a) di bawah ketebalan mask bayangan. Seperti yang terlihat dalam Gambar 3b, cacat terutama terlokalisasi di antarmuka GeSn/Ge dengan ketebalan 30 nm, yang menghasilkan pertumbuhan tunggal kristal GeSn berikutnya. Gambar HRTEM wilayah B menunjukkan garis jaringan yang jelas dari lapis GeSn, yang menunjukkan ligan sangat kristal dan pola FFT wilayah B cocok dengan pola difraksi GeSn seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3c. Selain itu, untuk mengonfirmasi konsentrasi timah ligan GeSn, pengukuran SIMS diselesaikan seperti yang ditunjukkan dalam inset Gambar 3a. Konsentrasi timah adalah 9,8 ± 0,5%, sesuai dengan nilai nominal sekitar 10%. Selain itu, distribusi atom timah sangat merata dalam profil kedalaman film GeSn yang ditumbuhkan.
a Gambar TEM silang mikrodisk lingkaran GeSn berdiameter 5 μm tanpa lapis polisilikon atas. Inset: profil kedalaman SIMS dari lapis GeSn. b Gambar TEM resolusi tinggi antarmuka GeSn/Ge (wilayah A). c Gambar TEM resolusi tinggi untuk wilayah tengah lapis GeSn (wilayah B). Inset: pola FFT wilayah B
Struktur permukaan sampel diteliti dengan SEM. Gambar 4a menunjukkan gambar SEM tampak atas mikrodisk lingkaran Ge0,96Sn0,04 berdiameter 5 μm setelah 510 s penggorehan basah selektif dengan larutan APM pada suhu ruang. Perlu disebutkan bahwa penggoreh disiapkan tepat sebelum eksperimen untuk menghindari efek penuaan kimia. Gambar SEM menunjukkan bahwa tidak hanya substrat Ge tetapi juga sebagian mikrodisk GeSn digoreh. Gagal membentuk struktur disk untuk ligan Ge0,96Sn0,04 disebabkan oleh konsentrasi timah yang rendah yang menghasilkan selektivitas penggorehan Ge terhadap GeSn yang rendah. Berbeda dengan sampel Ge0,96Sn0,04, mikrodisk lingkaran GeSn berdiameter 5 μm dengan konsentrasi timah yang lebih tinggi 9,8% juga digoreh dengan APM pada suhu ruang. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4b, c. c, struktur mikrodisk berhasil terbentuk untuk ligan Ge0,902Sn0,098 setelah 510 s penggorehan basah. Sebelumnya, Han et al. [30] melaporkan bahwa mereka telah membuat mikrodisk Ge0,928Sn0,072 yang sebagian digantung (5 μm dimensi) dengan undercut sekitar 1,2 μm menggunakan penggorehan basah berbasis H2O2 dengan selektivitas 7:1. Namun, setelah penggorehan basah selektif, tepi disk mereka menjadi bengkok dan pecah karena gaya kapiler yang kuat yang timbul antara struktur yang digantung dan substrat ketika cairan penggoreh dihilangkan, yang menarik struktur mikrodisk yang dilepaskan untuk bersentuhan dengan substrat [24]. Namun, fenomena ini tidak terjadi dalam eksperimen kami bahkan ketika memperpanjang penggorehan selektif hingga hampir sepenuhnya menghapus pedestal Ge di bawahnya. Ini dapat dijelaskan oleh selektivitas penggorehan yang lebih tinggi dan ketebalan lapis GeSn yang lebih besar sekitar 250 nm. Secara menarik, pedestal menunjukkan aspek yang tidak terduga dengan orientasi yang berbeda yang mungkin disebabkan oleh laju penggorehan lateral yang bergantung pada orientasi selama proses penggorehan basah selektif.
Gambar SEM setelah penggorehan basah selektif. a Mikrodisk lingkaran Ge0,96Sn0,04 berdiameter 5 μm setelah 510 s penggorehan. b, c Mikrodisk lingkaran Ge0,902Sn0,098 berdiameter 5 μm setelah 510 s penggorehan
Selain itu, mikrodisk dengan pedestal Ge yang berbeda dibuat dengan mengontrol waktu penggorehan selektif. Gambar 5a menunjukkan diameter pedestal Ge yang tersisa sebagai fungsi waktu penggorehan dalam APM. Bar kesalahan mewakili deviasi standar dari data lima mikrodisk yang berbeda dalam sampel yang sama. Kemiringan garis yang serupa menunjukkan bahwa laju penggorehan Ge secara kasar sama untuk mikrodisk Ge0,902Sn0,098 dengan diameter berbeda 3 μm dan 5 μm, dan sesuai dengan nilai laju penggorehan dari Ref. [30]. Selain itu, diameter minimum pedestal Ge untuk mikrodisk GeSn yang berdiri adalah sekitar 300 nm. Mikrodisk GeSn yang digantung akan ditarik ke bawah oleh gaya kapiler yang kuat jika pedestal Ge menjadi lebih kecil.
a Diameter pedestal Ge sebagai fungsi waktu penggorehan basah selektif untuk mikrodisk Ge0,902Sn0,098 berdiameter 3 μm (garis putus-putus hijau) dan 5 μm (garis putus-putus biru). b Pengukuran skan garis geseran Raman yang dilakukan sepanjang diameter mikrodisk lingkaran Ge0,902Sn0,098 berdiameter 5 μm (titik hijau) dan mikrodisk dengan diameter pedestal Ge 2 μm (titik ungu) dan 300 nm (titik biru)
Untuk menyelidiki distribusi regangan elastis dari mikrodisk GeSn, μ-Raman dilakukan pada suhu ruang pada mikrodisk berdiameter 5 μm, menggunakan laser 633 nm untuk eksitasi dengan ukuran titik sekitar 600 nm. Daya laser hanya 1% dari daya maksimum (15 mw) untuk meminimalkan efek termal [34], dan kedalaman penembusan laser eksitasi dalam film GeSn sekitar 50 nm [26]. Geseran Raman diukur dengan memasang spektrum dengan fungsi Lorentzian.
Gambar 5b menunjukkan skan garis Raman satu dimensi untuk mikrostruktur Ge0,902Sn0,098. Jelas diperhatikan (1) untuk mikrodisk lingkaran berdiameter 5 μm tanpa undercut, puncak Raman yang terkait dengan mode fonon LO Ge-Ge bergeser tidak terlihat menuju nomor gelombang yang lebih rendah dari tengah ke tepi mikrodisk, dan geseran Raman yang besar menunjukkan bahwa ada regangan kompresif yang besar dalam mikrodisk GeSn; (2) untuk mikrodisk berdiameter 5 μm dengan diameter pedestal Ge 2 μm, puncak Raman yang terkait dengan mode fonon LO Ge-Ge bergeser secara jelas menuju nomor gelombang yang lebih rendah dari tengah ke tepi disk, mengungkapkan gradien regangan karena ancoran pada pedestal Ge yang relatif besar. Dan mikrodisk GeSn berdiameter 5 μm dengan diameter pedestal Ge 2 μm masih mempertahankan sejumlah regangan kompresif di tepinya; (3) posisi puncak Ge-Ge yang diukur sepanjang diameter mikrodisk Ge0,902Sn0,098 berdiameter 5 μm dengan diameter pedestal Ge 300 nm tetap konsisten dan memiliki geseran Raman yang jelas berkurang. Oleh karena itu, mikrodisk dengan pedestal Ge sempit (sekitar diameter 300 nm) diharapkan sepenuhnya longgeng.
Dalam Gambar 6, kami menyajikan spektrum pengarahan Raman tipikal dari mikrodisk Ge0,902Sn0,098 berdiameter 5 μm dengan diameter pedestal Ge 300 nm. Untuk mikrodisk, spektrum Raman menunjukkan puncak asimetrik pada frekuensi 292,4 cm−1 yang sesuai dengan mode LO Ge-Ge. Spektrum Raman yang direkam untuk mikrodisk lingkaran berdiameter 5 μm dan substrat Ge (001) bulk sebagai referensi juga dipetakan untuk perbandingan. Perhatikan bahwa setelah undercutting, geseran Raman (− 6,3 cm−1) dari puncak Ge-Ge dapat diamati untuk mikrodisk timah 9,8%, karena geseran frekuensi Raman dalam ligan semikonduktor dipengaruhi terutama oleh regangan dan komposisi. Studi Raman sebelumnya [33, 35,36,37] telah menunjukkan bahwa geseran Raman dari mode fonon LO Ge-Ge dalam GeSn dapat dinyatakan sebagai fungsi dari konsentrasi timah xSn dan regangan biaxial dalam bidang ε∥ mengikuti Eq. (1):
di mana ωGeSn dan ωGe adalah posisi puncak dari mode fonon LO Ge-Ge dalam GeSn dan dalam Ge bulk, masing-masing, sementara A dan B adalah koefisien.
Puncak Raman fonon LO Ge-Ge untuk mikrodisk lingkaran dan mikrodisk menunjukkan geseran − 1,4 cm−1 dan − 7,7 cm−1 dibandingkan dengan puncak Ge bulk (300,1 cm−1). Dengan mengambil koefisien dari hasil eksperimental sebelumnya [37], nilai regangan biaxial dalam bidang ε∥ dihitung sebesar − 1,18% untuk mikrodisk lingkaran GeSn yang ditumbuhkan. Untuk mikrodisk yang dibuat, regangan biaxial dalam bidang ε∥ sekitar sama dengan 0, yang mengonfirmasi longgeng regangan yang hampir sepenuhnya dari mikrodisk. Menurut perhitungan teoretika terbaru dari struktur elektronik band Ge1-xSnx [38], lapis Ge0,902Sn0,098 yang ditumbuhkan adalah bahan jarak energi tidak langsung dengan energi jarak energi sekitar 0,56 eV, sementara mikrodisk Ge0,902Sn0,098 yang longgeng sepenuhnya adalah bahan jarak energi langsung dengan energi jarak energi 0,50 eV.
Perbandingan spektrum Raman dari mikrodisk Ge0,902Sn0,098 berdiameter 5 μm dengan diameter pedestal Ge 300 nm, mikrodisk lingkaran Ge0,902Sn0,098 berdiameter 5 μm dan substrat Ge bulk sebagai referensi. Inset: tampilan diperbesar dari spektrum Raman. Puncak Ge-Sn juga dapat diamati sekitar 260 cm−1, dan geseran menurun dengan menurunnya diameter pedestal Ge
Kesimpulan
Dalam rangkuman, mikrodisk GeSn berhasil dibuat dengan menggabungkan pertumbuhan epitaksial selektif dengan proses penggorehan basah selektif. HRTEM dan SEM dilakukan untuk mengonfirmasi bahwa ligan GeSn sangat kristal dan struktur mikrodisk GeSn mudah terbentuk dengan penggorehan basah selektif yang sederhana. Pengukuran μ-Raman menunjukkan bahwa longgeng regangan mikrodisk GeSn akan semakin besar dengan menurunnya diameter pedestal Ge karena penurunan keterbatasan mekanis secara bersamaan dari pedestal Ge yang lebih kecil. Dan akhirnya, mikrodisk GeSn berkualitas tinggi dan longgeng regangan sepenuhnya dicapai dengan metode yang lebih hemat biaya ini. Proses pembuatan ini juga merupakan metode yang sangat menjanjikan untuk mencapai ukuran mikrodisk GeSn yang lebih kecil hingga efek ukuran kuantum lateral menjadi penting, dan untuk mendapatkan nanostruktur GeSn lainnya seperti titik kuantum GeSn, jaring GeSn, dan nanowira GeSn untuk aplikasi perangkat fotonik dan elektronik kompatibel Si di masa depan.
Ketersediaan Data dan Bahan
Data yang mendukung temukan karya ini tersedia dari penulis yang bersangkutan atas permintaan yang wajar.
