ژرمانیوم-قلع

ژرمانیوم-قلع (به انگلیسی: Germanium-tin) آلیاژی از عناصر ژرمانیم و قلع است که هر دو در گروه ۱۴ جدول تناوبی قرار دارند. این فقط از نظر ترمودینامیکی در محدوده ترکیبی کوچکی پایدار است. باوجود این محدودیت، خواص مفیدی برای مهندسی کُرنش و شکاف نواری افزاره‌های نیم‌رسانای نوری و میکروالکترونیکی یکپارچه با سیلیکون دارد.

ترکیب[ویرایش]

آلیاژهای ژرمانیوم-قلع باید به صورت جنبشی (به انگلیسی: kinetically) پایدارسازی شوند تا از تجزیه جلوگیری شود.^[۱]^[۲] بنابراین، روش‌های برآرایی پرتو-مولکولی یا لایه‌نشانی بخار شیمیایی معمولاً برای ترکیب آنها استفاده می‌شود.^[۱]

کاربردهای میکروالکترونیکی[ویرایش]

آلیاژهای ژرمانیوم-قلع دارای تحرک‌پذیری حامل بالاتری نسبت به سیلیکون یا ژرمانیوم هستند؛ بنابراین پیشنهاد شده است که آنها می‌توانند به عنوان یک ماده کانال در ترانزیستورهای اثر میدانی فلز-اکسید-نیم‌رسانا با سرعت بالا استفاده شوند.^[۳] علاوه بر این، ثابت شبکه بزرگتر آلیاژها نسبت به ژرمانیوم، استفاده از آنها را به عنوان عوامل تنش‌زا برای افزایش تحرک‌پذیری حامل ترانزیستورهای کانال ژرمانیومی ممکن می‌سازد.^[۳]^[۴]

کاربردهای اپتوالکترونیکی[ویرایش]

آلیاژهای ژرمانیوم-قلع با محتوای قلع بیش از ۹ درصد به نیم‌رساناهای با شکاف مستقیم تبدیل می‌شوند که گسیل نور کارآمد مناسبی برای ساخت لیزر دارند.^[۵] از آنجایی که عناصر تشکیل دهنده از نظر شیمیایی با سیلیکون سازگار هستند، می‌توان چنین لیزرهایی را مستقیماً روی افزاره‌های میکروالکترونیکی سیلیکونی یکپارچه کرد و ارتباطات نوری روی تراشه را امکان‌پذیر کرد. این هنوز یک ناحیه تحقیقاتی فعال است، اما لیزرهای ژرمانیوم-قلع که در دماهای پایین کار می‌کنند قبلاً نشان داده شده است.^[۶]^[۷] علاوه بر این، دیودهای نورگسیل ژرمانیوم-قلع که در دمای اتاق کار می‌کنند نیز گزارش شده است.^[۸]^[۹]

منابع[ویرایش]

↑ ^۱٫۰ ^۱٫۱ Wirths, S.; Buca, D.; Mantl, S. (2016). "Si–Ge–Sn alloys: From growth to applications". Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. Elsevier BV. 62 (1): 1–39. doi:10.1016/j.pcrysgrow.2015.11.001. ISSN 0960-8974.
↑ Kouvetakis, J.; Menendez, J.; Chizmeshya, A.V.G. (2006). "Tin-Based Group IV Semiconductors: New Platforms for Opto- and Microelectronics on Silicon". Annual Review of Materials Research. Annual Reviews. 36 (1): 497–554. Bibcode:2006AnRMS..36..497K. doi:10.1146/annurev.matsci.36.090804.095159. ISSN 1531-7331.
↑ ^۳٫۰ ^۳٫۱ Loo, R.; Vincent, B.; Gencarelli, F.; Merckling, C.; Kumar, A.; Eneman, G.; Witters, L.; Vandervorst, W.; Caymax, M. (2012-12-07). "Ge_1−xSn_x Materials: Challenges and Applications". ECS Journal of Solid State Science and Technology. The Electrochemical Society. 2 (1): N35–N40. doi:10.1149/2.039301jss. ISSN 2162-8769. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
↑ Vincent, B.; Shimura, Y.; Takeuchi, S.; Nishimura, T.; Eneman, G.; Firrincieli, A.; Demeulemeester, J.; Vantomme, A.; Clarysse, T. (2011). "Characterization of GeSn materials for future Ge pMOSFETs source/drain stressors". Microelectronic Engineering. Elsevier BV. 88 (4): 342–346. doi:10.1016/j.mee.2010.10.025. ISSN 0167-9317. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
↑ Gallagher, J. D.; Senaratne, C. L.; Kouvetakis, J.; Menéndez, J. (2014-10-06). "Compositional dependence of the bowing parameter for the direct and indirect band gaps in Ge_1−ySn_y alloys". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 105 (14): 142102. doi:10.1063/1.4897272. ISSN 0003-6951. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)
↑ "Scientists construct the first germanium-tin semiconductor laser for silicon chips". Phys.org. 2015-01-20. Retrieved 2019-12-12.
↑ Prachi Patel (2015-01-22). "The Germanium-Tin Laser: Answer to the On-Chip Data Bottleneck?". IEEE Spectrum. Retrieved 2019-12-12.
↑ Gallagher, J. D.; Senaratne, C. L.; Sims, P.; Aoki, T.; Menéndez, J.; Kouvetakis, J. (2015-03-02). "Electroluminescence from GeSn heterostructure pin diodes at the indirect to direct transition". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 106 (9): 091103. Bibcode:2015ApPhL.106i1103G. doi:10.1063/1.4913688. ISSN 0003-6951. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)
↑ Senaratne, C. L.; Wallace, P. M.; Gallagher, J. D.; Sims, P. E.; Kouvetakis, J.; Menéndez, J. (2016-07-14). "Direct gap Ge_1−ySn_y alloys: Fabrication and design of mid-IR photodiodes". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. 120 (2): 025701. doi:10.1063/1.4956439. ISSN 0021-8979. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)

[wirths2016-1] ۱٫۰ ^۱٫۱ Wirths, S.; Buca, D.; Mantl, S. (2016). "Si–Ge–Sn alloys: From growth to applications". Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. Elsevier BV. 62 (1): 1–39. doi:10.1016/j.pcrysgrow.2015.11.001. ISSN 0960-8974.

[2] Kouvetakis, J.; Menendez, J.; Chizmeshya, A.V.G. (2006). "Tin-Based Group IV Semiconductors: New Platforms for Opto- and Microelectronics on Silicon". Annual Review of Materials Research. Annual Reviews. 36 (1): 497–554. Bibcode:2006AnRMS..36..497K. doi:10.1146/annurev.matsci.36.090804.095159. ISSN 1531-7331.

[loo2013-3] ۳٫۰ ^۳٫۱ Loo, R.; Vincent, B.; Gencarelli, F.; Merckling, C.; Kumar, A.; Eneman, G.; Witters, L.; Vandervorst, W.; Caymax, M. (2012-12-07). "Ge_1−xSn_x Materials: Challenges and Applications". ECS Journal of Solid State Science and Technology. The Electrochemical Society. 2 (1): N35–N40. doi:10.1149/2.039301jss. ISSN 2162-8769. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)

[4] Vincent, B.; Shimura, Y.; Takeuchi, S.; Nishimura, T.; Eneman, G.; Firrincieli, A.; Demeulemeester, J.; Vantomme, A.; Clarysse, T. (2011). "Characterization of GeSn materials for future Ge pMOSFETs source/drain stressors". Microelectronic Engineering. Elsevier BV. 88 (4): 342–346. doi:10.1016/j.mee.2010.10.025. ISSN 0167-9317. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)

[5] Gallagher, J. D.; Senaratne, C. L.; Kouvetakis, J.; Menéndez, J. (2014-10-06). "Compositional dependence of the bowing parameter for the direct and indirect band gaps in Ge_1−ySn_y alloys". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 105 (14): 142102. doi:10.1063/1.4897272. ISSN 0003-6951. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)

[6] "Scientists construct the first germanium-tin semiconductor laser for silicon chips". Phys.org. 2015-01-20. Retrieved 2019-12-12.

[7] Prachi Patel (2015-01-22). "The Germanium-Tin Laser: Answer to the On-Chip Data Bottleneck?". IEEE Spectrum. Retrieved 2019-12-12.

[8] Gallagher, J. D.; Senaratne, C. L.; Sims, P.; Aoki, T.; Menéndez, J.; Kouvetakis, J. (2015-03-02). "Electroluminescence from GeSn heterostructure pin diodes at the indirect to direct transition". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 106 (9): 091103. Bibcode:2015ApPhL.106i1103G. doi:10.1063/1.4913688. ISSN 0003-6951. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)

[9] Senaratne, C. L.; Wallace, P. M.; Gallagher, J. D.; Sims, P. E.; Kouvetakis, J.; Menéndez, J. (2016-07-14). "Direct gap Ge_1−ySn_y alloys: Fabrication and design of mid-IR photodiodes". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. 120 (2): 025701. doi:10.1063/1.4956439. ISSN 0021-8979. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]