江蘇鐳射聯盟導讀：
據悉，研究結果顯示單晶矽的應變達到了創紀錄的水平。
Surrey大學的研究人員開發了一種單步操作方法，可以將單晶矽置於比以往更大的壓力下。這一發現正在申請專利，它可能對矽光子學的未來發展至關重要，而矽光子學是物聯網背後技術的基礎，目前由於缺乏廉價、高效和易於整合的光發射器而受到限制。
示意圖顯示(a)網格和膜的尺寸和(b)晶體方向。3.05 mm對應標準透射電子顯微鏡(TEM)柵格尺寸，而視窗尺寸和晶體方向是SOI晶片各向異性溼法蝕刻的結果。來源：DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.124603
現在，Surrey的研究人員正在將同樣的方法應用到鍺上。如果成功，他們將開啟創造鍺鐳射器的大門，它與矽基計算機相容，並可能透過新的光電子裝置革新通訊系統。這將解決過熱問題，過熱正成為矽基計算機系統開發的一個威脅，並將消除開發昂貴且難以整合III-V裝置的需要，這是一個熱門的研究領域，試圖克服過熱。
將光子學完全轉移到矽上一直是一個長期的目標，雖然在開發無源矽光子器件方面已經取得了許多成功，但使用元素週期表中同一組元素的鐳射器與cmos工業相容，直到現在仍是難以實現的。該團隊最近獲得了EPSRC新視野專案的資助，以開發他們的創新並推進工作。
(a)左面板顯示平均角誤差圖，右面板顯示角精度頻率分佈(直方圖)。圖顯示了原始高角解析度電子背散射衍射(HR-EBSD)測量如何精確地匹配最佳應變/旋轉。從直方圖上看，資料的角度解析度為~ 1×10-3弧度。(b) HR-EBSD核平均定向偏差圖顯示，在圓中心附近，每個點與其4個最近鄰之間的旋轉是可以忽略的(在測量噪聲範圍內)。短距離旋轉表明位錯成核。顏色條對應角度和弧度的旋轉。
這種新方法也是創造近紅外感測器的重要一步，近紅外感測器可以為開發更精密的智慧手機鋪平道路——為智慧手機安裝火災報警器和一氧化碳感測器。
發表在《Physical Review Materials》上的一篇新論文描述了該團隊如何透過在懸浮膜中注入離子來產生張力，其方式與收緊鼓皮的方式類似。這種效應是由植入區域的向下彎曲產生的，因為在植入頂部區域下方有一個靜止的晶體層，其機制類似於在溫度變化下的雙金屬條。
團隊從Surrey大學的先進技術研究所和物理系表明雙軸應變3.1%和8.5%單軸應變可以生成但點更大的壓力,可以透過改變植入物種和利用底層晶體方向。
紅色部分的長度對應上部影象中的鼓室寬度(5 μm)和下部影象中的鼓室長度(50 μm)。
這種方法遠遠超過了以前使用更復雜方法的記錄。在第iv組半導體鍺中，在比矽低得多的應變下，電子帶隙中會發生間接到直接的躍遷，這種新方法提供了巨大的潛力。
雖然該程式相對簡單，並指出了一種通用、快速、普遍適用和廣泛可用的應變控制技術，但它的發展需要使用兩個國家設施:薩里離子束中心，使用者可以使用離子注入、離子輻照和離子束分析進行各種各樣的研究，並具有廣泛的加工和表徵設施;國家物理實驗室，英國的國家計量研究所，開發和維護國家主要的測量標準，並確保尖端的測量科學在現實世界中具有積極的影響。
Surrey大學高階技術研究所的高階研究員 DavidCox博士說:“讓我興奮的是，這種方法非常簡單，可以很容易地應用到生產方法中。如果這能對第四組半導體光子學產生重大影響，就像Alf Adam對基於應變層III-V的量子阱鐳射器的長期貢獻一樣，那將是令人興奮的。光子學之於21世紀就像電子學之於20世紀一樣:具有革命性。”
懸臂曲率與離子束引數的關係。
該研究的主要作者、博士生Mateus mastghin說:“實時看到皺紋的消除和薄膜的扁平是令人震驚的。這種新技術將對光子學領域產生巨大的顛覆性影響，我期待著繼續基於這種新技術開發新裝置。”
來源：Stress-strain engineering of single-crystalline silicon membranes byion implantation: Towards direct-gap group-IV semiconductors, Physical ReviewMaterials (2021). DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.124603
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