在原始生长环境下实现的德氏体异质结构低温生长

德氏体 (Ge) 作为下一代基四族材料，具有巨大的潜力，可为下一代纳米电子和基于硅 (Si) 的固态量子传输技术增添功能与性能。本文研究了在极低生长温度 ($T_{Ge} = 100^{\circ}\mathrm{C}-350^{\circ}\mathrm{C}$) 和原始生长压力 ($\lesssim 10^{-10}\,\mathrm{mbar}$) 下的二维高质量晶体 Ge 层在 Si 上的直接异质生长。首先，我们通过正离子湮灭寿命光谱比较了点缺陷密度，表明 $T_{Ge}$ 不会降低 Ge/Ge(001) 同质生长晶体质量。随后，我们系统研究了 Ge/Si(001) 异质生长，变更 Ge 覆盖率 (${\theta}_{Ge}$，为 1、2、4、8、12 和 16 nm) 和 $T_{Ge}$ ($100^{\circ}\mathrm{C}$ 至 $300^{\circ}\mathrm{C}$，步进 $50^{\circ}\mathrm{C}$），评估这些参数对层结构质量的影响。原子力显微镜显示层面呈现波纹状表面拓扑，叠加有颗粒状特征，且不存在三维结构（如量子点）。透射电子显微镜揭示了仿射、高度晶体生长的颗粒，由有缺陷域分隔。借助纳米束扫描 X 射线衍射测量，我们证实了层面波纹状结构导致的晶格应变波动。我们得出结论，异质生长应力有助于波纹的形成，这些波纹源于极低温度的动力学限制。