近期，中國科學院上海微系統與信息技術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，相關工作以Ferroelectric Enhanced Performance of a GeSn/Ge Dual-Nanowire Photodetector 為題發表在Nano Letters 期刊上 (Nano Lett. 2020, 20, 5, 3872–3879)。Ⅲ-Ⅴ族材料普遍具有優良的光電特性，但卻面臨著與Si基CMOS工藝不兼容等問題，因此有必要發掘Ⅳ族材料的光電應用潛力。此前已有基于GeSn薄膜結構的光電探測等工作的相關報道，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薄膜晶體質量，從而導致其相應的光電探測器暗電流較大，不利于實現低功耗應用需求。上海微系統所研究人員利用分子束外延技術，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雙層納米線結構。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，通過側柵調控大幅降低了GeSn/Ge雙層納米線光電探測器的暗電流與靜態功耗，從而實現了兼具長波長與低暗電流的光電探測，對于拓展Ⅳ族材料納米線結構在光電探測領域的研究與應用具有重要參考意義。
該論文由中科院上海微系統所信息功能材料國家重點實驗室與中科院上海技術物理研究所合作完成。其中上海微系統所直博生楊悅昆為第一作者，上海微系統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、上海市科學技術委員會、中科院戰略性先導科技專項等的支持。
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
