上海微系統(tǒng)所在Ⅳ族GeSn納米線研究中取得進(jìn)展

近期，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在Ⅳ族GeSn納米線生長(zhǎng)制備及其光電探測(cè)應(yīng)用中取得進(jìn)展，相關(guān)工作以Ferroelectric Enhanced Performance of a GeSn/Ge Dual-Nanowire Photodetector 為題發(fā)表在Nano Letters 期刊上 (Nano Lett. 2020, 20, 5, 3872–3879)。

Ⅲ-Ⅴ族材料普遍具有優(yōu)良的光電特性，但卻面臨著與Si基CMOS工藝不兼容等問題，因此有必要發(fā)掘Ⅳ族材料的光電應(yīng)用潛力。此前已有基于GeSn薄膜結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)等工作的相關(guān)報(bào)道，但是GeSn薄膜與Ge緩沖層之間較大的晶格失配嚴(yán)重影響了GeSn薄膜晶體質(zhì)量，從而導(dǎo)致其相應(yīng)的光電探測(cè)器暗電流較大，不利于實(shí)現(xiàn)低功耗應(yīng)用需求。

上海微系統(tǒng)所研究人員利用分子束外延技術(shù)，成功制備出大面積、高密度且高長(zhǎng)寬比的Ge納米線，并利用其作為模板，通過二次沉積法獲得了Sn組分可達(dá)~10%的GeSn/Ge雙層納米線結(jié)構(gòu)。由于納米線具有柔性且極高的比表面積，能夠通過彈性形變的方式自主弛豫釋放GeSn/Ge之間晶格失配引入的應(yīng)力，從而有效抑制GeSn/Ge界面處的缺陷形成。由于GeSn具有較窄的禁帶寬度，因此基于GeSn/Ge雙層納米線的光電探測(cè)器件比Ge納米線光電探測(cè)器具有更長(zhǎng)的探測(cè)波長(zhǎng)，延伸到2 μm以上。為了抑制窄禁帶寬度GeSn引起的暗電流增加，研究人員進(jìn)一步引入具有鐵電性的P(VDF-TrFE)離子膠作為柵介質(zhì)，通過側(cè)柵調(diào)控大幅降低了GeSn/Ge雙層納米線光電探測(cè)器的暗電流與靜態(tài)功耗，從而實(shí)現(xiàn)了兼具長(zhǎng)波長(zhǎng)與低暗電流的光電探測(cè)，對(duì)于拓展Ⅳ族材料納米線結(jié)構(gòu)在光電探測(cè)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用具有重要參考意義。

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GeSn/Ge雙層納米線的分子束外延生長(zhǎng)與形貌表征

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基于GeSn/Ge雙層納米線光電探測(cè)器件及性能表征

該論文由中科院上海微系統(tǒng)所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與中科院上海技術(shù)物理研究所合作完成。其中上海微系統(tǒng)所直博生楊悅昆為第一作者，上海微系統(tǒng)所研究員狄增峰和上海技物所研究員王建祿為共同通訊作者，上海微系統(tǒng)所為第一完成單位。該工作得到國家科技重大專項(xiàng)、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c01039