近期，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點實驗室在Ⅳ族GeSn納米線生長制備及其光電探測應用中取得進展，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。

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族材料的光電應用潛力。此前已有基于GeSn薄膜結(jié)構(gòu)的光電探測等工作的相關(guān)報道，但是GeSn薄膜與Ge緩沖層之間較大的晶格失配嚴重影響了GeSn薄膜晶體質(zhì)量，從而導致其相應的光電探測器暗電流較大，不利于實現(xiàn)低功耗應用需求。

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~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器件比Ge納米線光電探測器具有更長的探測波長，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器的暗電流與靜態(tài)功耗，從而實現(xiàn)了兼具長波長與低暗電流的光電探測，對于拓展Ⅳ族材料納米線結(jié)構(gòu)在光電探測領(lǐng)域的研究與應用具有重要參考意義。

GeSn/Ge雙層納米線的分子束外延生長與形貌表征

基于GeSn/Ge雙層納米線光電探測器件及性能表征

該論文由中科院上海微系統(tǒng)所信息功能材料國家重點實驗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、中科院前沿科學重點研究項目、國家自然科學基金杰出青年基金、上海市科學技術(shù)委員會、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。