29 juillet 2015
Nanofils de germanium déformés en tension : vers un gap direct !
Contact : Vincent Calvo

Ge nanowire (diameter : 250nm,length : 10 µm) in the straining micromembrane device. µPhotocurrent and µXray diffraction experiments. Evolution of electronic states with tensile strain.

Les sources de lumière totalement intégrées en microélectronique sont les briques manquantes de la photonique sur silicium. Le silicium, tout comme le germanium, ne sont pas bien adaptés à l’émission de lumière dans leur forme naturelle, du fait de la nature indirecte de leur gap. Dans le cas du germanium, cette limitation peut potentiellement être contournée via l’application d’une contrainte en tension pour modifier sa structure de bandes : les études théoriques prédisent en effet un gap direct pour une déformation de la maille cristalline de l’ordre de quelques pourcents. Le germanium étant communément utilisé en microélectronique, la démonstration d’une source en Ge sur une puce serait une avancée majeure pour la photonique sur silicium.

 

Nous avons développé une approche originale permettant de déformer un nanofil de germanium de manière contrôlée et élastique, en lui appliquant une contrainte mécanique uniaxiale en tension. Des expériences de micro diffraction de Laue des rayons X, réalisées à l'ESRF sur la ligne de lumière BM32, nous ont permis d'évaluer la déformation homogène le long du fil de germanium (jusqu'à 1.5 %). Des expériences de spectroscopie optique  nous ont mis en évidence une diminution de l'écart entre le gap direct et le gap indirect dans ces nanofils de Ge, conformément aux prédictions théoriques, montrant que nous sommes sur la bonne voie pour atteindre la transition à gap direct.

 

Nous développons actuellement des membranes de Ge présentant des déformations encore plus grandes (dans la gamme 2% à 5%) à partir de  substrats de "germanium sur isolant" (GeOI) réalisés au LETI. Pour ces valeurs de déformation visées, le matériau devrait présenter un gap direct et  permettre l'obtention de gain optique et la réalisation de lasers sur silicium.  (Ce travail a été réalisé dans le cadre des « projets Phares DSM-DRT » "Photonique/Laser Ge" et "Operando")

 

INAC/SP2M/SiNaPS and INAC/SP2M/NRS

 

Tensile strained germanium nanowires measured by photocurrent spectroscopy and X-ray microdiffraction. Kevin Guilloy, Nicolas Pauc, Alban Gassenq, Pascal Gentile, Samuel Tardif, François Rieutord, Vincent Calvo. Nano Letters 2015, 15, 2429-2433

 

Maj : 03/10/2016 (1118)

 

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