横向受限 SiGe 纳米条带中的静水压应变增强

SiGe 纳米结构中的应变工程对于纳米尺度光电器件的设计至关重要。在此，我们探索了一种新策略，即利用 Si 衬底对 SiGe 结构进行横向限制，以获得高拉伸应变，从而避免使用外部应力源并提高可扩展性。我们利用光谱显微技术、有限元方法模拟和从头计算（ab initio calculations）研究了横向受限富 Ge SiGe 纳米条带的应变状态。通过针尖增强拉曼光谱获得了应变信息，其横向分辨率达到了前所未有的约 30 nm。该纳米条带表现出巨大的拉伸静水压应变分量，其在顶部自由表面中心处最大，而在边缘处变得非常小。最大晶格变形大于典型的热弛豫 Ge/Si(001) 层的值。这种应变增强源于面外方向的受挫弛豫，这是由衬底侧壁引起的横向限制与 SiGe/Si 界面处 (001) 平面内失配应变的塑性弛豫共同作用的结果。利用空间分辨率优于 100 nm 的 X 射线光电子发射显微镜进行的功函数映射探测了条带表面这种拉伸晶格变形的效应。纳米条带相对于块体 SiGe 合金表现出正的功函数偏移，这一点得到了拉伸应变构型电子结构计算的定量证实。目前的结果对纳米尺度光电器件的设计具有潜在影响。