Анализ рамановского картирования кремниевых микрокольцевых резонаторов, интегрированных в графен

Фон

Интеграция с платформой кремниевой фотоники - это то место, где графен может оказать наибольшее влияние в таких приложениях, как фото-обнаружение, оптическая модуляция и биохимическое зондирование, благодаря возможности изготовления массы на основе КМОП-компонентов при относительно низкой стоимости [1 ]. Фактически, исследования в этой области уже начали развиваться [2, 3], но для реализации высокопроизводительных устройств процесс переноса графена должен быть оптимизирован, а любые связанные с обработкой модификации механических и электронных свойств графена должны быть должным образом выполнены. охарактеризован и понят. Например, широко известно, что кремниевые (и другие) подложки, интегрированные в графен, имеют тенденцию приводить к значительному количеству технологических загрязнений и дефектов, связанных с соединением гетерогенного материала, что может повлиять на качество устройства на стыке между двумя материалами. Изменения в полосовой структуре графена в результате деформации и непреднамеренного легирования на этих границах раздела могут проявляться в сигнатурах комбинационного рассеяния света через изменения положения пиков, ширины, асимметрии и относительной интенсивности пиков. Рамановская спектроскопия использовалась как чувствительный инструмент для оценки электронных и колебательных свойств графена [4], включая деформацию [5], уровень легирования [6], плотность дефектов [7] и краевую структуру [8], хотя их влияние может быть трудно отделить от тех, на которые влияет субстрат. Интенсивность, ширина, скорость сдвига и расщепление пиков комбинационного рассеяния графена при деформации и p - и n -типа допинга уже сообщалось [5, 9,10,11].

Графен демонстрирует три основных пика комбинационного рассеяния света, каждый из которых имеет свое физическое происхождение:дважды резонансный (DR) D-пик появляется около 1350 см ⁻¹ [12] и относится к беспорядку, как правило, означая, что его внешний вид и относительная интенсивность часто используются как мера качества перенесенного материала (т.е. он слабый или отсутствует в высококачественном, нетронутом материале). Два других основных пика - это пик G, который возникает в результате рассеяния в плоскости графита центральными фононами зоны и расположен около 1580 см ⁻¹ [8, 12], и 2D-пик (второй порядок D-пика), который появляется около 2700 см ⁻¹ [13]. Несмотря на связь с пиком D, 2D-пик является сильным по качеству, первозданному графену (т. Е. Когда D-пик отсутствует) из-за того, что он удовлетворяет основному правилу отбора ( q =0), в частности, из-за электрон-фононного DR-рассеяния, тогда как D-пик требует сильно локализованного рассеяния электронов на дефектах для сохранения импульса [12, 14, 15, 16]. Форма, интенсивность и положение пиков G и 2D позволяют определить количество слоев графена, а также любую внутреннюю деформацию и присутствие избыточных носителей в материале, которые необходимо распознать [8, 13].

Интеграция графена с платформой кремниевой фотоники интересна с точки зрения ряда приложений устройств, например для демонстрации улучшенных биохимических сенсоров, в которых графен действует как поверхностный функциональный слой с высоким сродством к адсорбированным частицам, которые могут быть исследованы с помощью исчезающих оптических полей в нижележащем кремниевом фотонном устройстве. Двумерная природа графена также приводит к оптоэлектронной зонной структуре, заполнение заряда которой можно регулировать с помощью электростатического стробирования с очень малой мощностью. В этом случае эффект «блокировки Паули» может изменить непрозрачность материала для входящих фотонов, обеспечивая возможность очень быстрой (ГГц) оптической модуляции или переключения, что, вероятно, будет использоваться в телекоммуникационных приложениях. Предыдущие отчеты [17,18,19,20] о коэффициенте линейного поглощения графена в плоскости за счет интеграции с кремниевыми фотонными устройствами на основе волноводов дали совершенно разные результаты, предполагая, что конкретный процесс переноса и качество интерфейса подложки в этих исследованиях могут играют некоторую роль в наблюдаемых вариациях. В этой работе пространственная характеристика рамановских пиков G и 2D на кремниевом микрокольцевом резонаторе (MRR), интегрированном с графеном, демонстрируется с использованием метода картирования. Наш подход заключается в исследовании частот пиков G и 2D, их относительной интегральной интенсивности и ширины и их корреляции с пространственным положением, чтобы выяснить влияние нижележащего кремниевого волновода на структурные и оптоэлектронные свойства графена на этом интерфейсе.

Методы / экспериментальные

Si MRR-устройства в этом исследовании были изготовлены на коммерческом Si-литейном заводе (CEA-LETI, Франция) и состоят из полосовых волноводов шириной 335 нм, литографически сформированных из коммерческого 220-нм кремния на изоляторе с толщиной 2 мкм. -толстый скрытый оксидный слой. Эти размеры волновода, в частности относительно узкая ширина волновода (по сравнению с типичными полосовыми волноводами), были выбраны для обеспечения хорошего модального перекрытия с интегрированным графеном на поверхности после переноса. Изучаются два устройства MRR типа «беговая дорожка», в одном из которых радиальная составляющая составляет 10 мкм, а в другом - 20 мкм, и оба имеют одинаковые линейные участки длиной 20 мкм. Перед переносом графена устройства промывали ацетоном, изопропиловым спиртом (IPA), деионизированной водой и средством для удаления резиста (NMP:1-метил-2-пирролидон). Непосредственно перед переносом следовало травление кислородной плазмой (40 с). Графен был выращен методом химического осаждения из паровой фазы (CVD) на медной фольге (Gratome-R-Cu, Bluestone Global Tech), а затем перенесен на предварительно очищенные волноводы с использованием процедуры влажного переноса с полимером [21]. Графен был структурирован для обеспечения избирательного охвата устройств MRR с использованием растровой фотолитографии и травления кислородной плазмой. Чтобы обеспечить как можно более чистый образец, был применен последующий отжиг при 270 ° C в восстановительной атмосфере и промывка ацетоном, что привело к почти полному удалению остаточного фоторезиста, как показали наши оптические изображения.

Спектральное картирование комбинационного рассеяния было выполнено при комнатной температуре в конфигурации обратного рассеяния с использованием спектрометра Horiba LabRAM HR Evolution с решеткой 600 г / мм. Сигнал рассеяния собирался конфокально и регистрировался встроенной камерой Пельтье, охлаждаемой устройством с зарядовой связью (CCD). Образцы возбуждались светом гелий-неонового лазера с длиной волны 633 нм, а механическое движение образца во время картирования обеспечивалось моторизованным предметным столиком XYZ микроскопа Marzhauser. Падающий лазерный свет фокусировался на поверхность образца с помощью линзы объектива × 50 с числовой апертурой 0,75. Во избежание лазерного нагрева плотность мощности лазера на образце поддерживалась ниже 2 мВт [22]. Рамановские карты были получены для двух различных кремниевых MRR-устройств с интегрированным графеном, с радиусами кривизны r =10 мкм и 20 мкм. Карты были получены из массива точек 120 × 120 с размером шага между каждой точкой 0,25 мкм, а точная частота, интенсивность и ширина рамановских G- и 2D-пиков были определены путем подгонки лоренцевой формы линий к спектральным пикам. . Измеряя образец монокристаллического кремния с использованием той же конфигурации прибора (ширина щели, решетка и источник возбуждения), мы оцениваем спектральное разрешение по ширине полосы основного пика рассеяния Si в 4,6 см ⁻¹ или лучше.

Результаты и обсуждение

Чтобы проверить, перенесли ли мы однослойный графен, до исследования рамановского картирования, мы также измерили сигнал одноточечного комбинационного рассеяния, рис. 1, сразу после переноса (с использованием системы Renishaw 1000 с длиной волны 514 нм). Этот спектр показывает слабый пик D комбинационного рассеяния, указывающий на низкий структурный беспорядок (достаточно высококачественный графен); интенсивная (относительно пика G) симметричная 2D мода рассеяния; и положение пика G ~ 1587 см ^-1 . Эта комбинация относительно интенсивного симметричного пика двумерного рассеяния и частоты пика G, близкой к предсказанному значению, ω _G ( нет ) =1581,6 + 11 / (1 + n ^1.6 ) где n - номер слоя [23], подтверждает, что перенесенный графен действительно является однослойным [24]. Оптическое изображение монослойного МРР с интегрированным графеном ( r =10 мкм) представлена ​​на рис. 2а, б, а отображенные области для графеновых пиков G и 2D показаны на рис. 2а и рис. 2б соответственно. На рис. 2c, d показаны результирующие карты G и 2D пиков положения, которые показывают сдвиги частоты вверх (на ~ 11 и ~ 8 см ⁻¹ соответственно), где графен располагается поверх структуры волновода MRR относительно того места, где он подвешен.

Спектр одноточечного комбинационного рассеяния (возбуждение 514 нм), из которого мы делаем вывод о переносе однослойного графена на Si-волноводные устройства, исследованные здесь, в результате интенсивной симметричной 2D-моды рассеяния и пиковой частоты G, ω _G ~ 1587 см ⁻¹

Фальшивое цветное оптическое изображение того же Si MRR, покрытого графеном ( r =Устройство 10 мкм) (шкала =10 мкм), показывающая различные отображаемые области (белые пунктирные квадраты) для a G и b 2D пики соответственно. Графен выделяется немного более темным контрастом (его нижний левый угол обозначен стрелками). c и d показать соответствующее положение пика и e и е карты уровня Ферми, определенные по формулам. (1) и (2) соответственно

Сдвинутые пики G- и 2D-комбинационного рассеяния могут быть связаны с деформацией, легированием или их комбинацией в слое графена. Однако в пределе низкой деформации (где нет разделения пика G) связанный с деформацией сдвиг 2D-пика (∂ ω _{2 D} / ∂ ε ) примерно в шесть раз больше, чем пик G (∂ ω _G / ∂ ε ) [5]. То, что мы наблюдаем в целом эквивалентные сдвиги пиков G и 2D в местах, где графен находится на волноводе, указывает на то, что основной причиной сдвига вряд ли будет деформация. С другой стороны, относительная скорость и направление сдвигов пиков G и 2D при легировании сильно зависят от типа носителя [25]. Для обоих электронов ( n ) и отверстие ( p ) легирования, частота пика G всегда увеличивается от собственного значения, что означает, что график положения пика G с уровнем Ферми почти симметричен относительно нуля. Однако для 2D-пика частота значительно сдвинута вверх для умеренного увеличения p -уровень допирования (~ 15 см ⁻¹ для 3 × 10 ¹³ см ⁻² ), он практически не меняется от своего внутреннего положения до концентрации электронов ~ 3 × 10 ¹³ см ⁻² , выше которого он быстро смещается вниз. Это приводит к сильно асимметричной кривой для положения 2D-пика с уровнем Ферми около нуля. То, что мы наблюдаем сдвиги, которые одинаковы по величине и в одном направлении для пиков G и 2D, убедительно свидетельствует о том, что графен умеренно p -легированный, где он находится на волноводе, по сравнению с тем, где он подвешен. Чтобы количественно оценить этот эффект, мы использовали следующие эмпирические соотношения (уравнения (1) и (2)) для определения приблизительного сдвига уровня Ферми от сдвигов пиков комбинационного рассеяния G и 2D, согласно [25]:

где ω ₀ ( G ) (=1580 см ⁻¹ [26]) и ω ₀ (2 D ) (=2640 см ⁻¹ [9]) представляют собой положения G- и 2D-пиков, соответственно, для ненапряженного собственного графена (для возбуждения 633 нм), ω ( G ) и ω (2 D ) - положения пиков G и 2D, которые мы определили для каждой точки на наших картах, а E _F - уровень Ферми в эВ. На рис. 2e, f мы показываем результат этих расчетов в виде карт уровня Ферми, полученных из данных рис. 2c, d. Они в целом эквивалентны (как и ожидалось), что указывает на то, что взвешенный графен является внутренним ( E _F ~ 0), но концентрация дырок увеличена (что дает минимальное значение для E _F примерно - 0,2 эВ), где графен находится поверх волноводной структуры. Аналогичный анализ MRR с радиусом r =20 мкм (здесь не показан) дал очень похожий результат, указывая на то, что эффект не зависит от геометрии волновода, а является чисто зависимым от материала (подложки) эффектом легирования. Источник этого легирования почти наверняка является результатом локально захваченных статических зарядов на границе раздела кремний / SiO ₂ и графен. Плотность этих рекламных зарядов, как известно, увеличивается в образцах, прошедших более агрессивную очистку (например, O ₂ плазменное травление, которое мы использовали) [27]. Хотя этот процесс обеспечивает полностью чистую поверхность раздела (относительно свободную от загрязнений), это повреждение может привести к богатым кислородом дефектам с открытой оболочкой (типа оборванной связи), которые, как известно, являются эффективными ловушками для носителей заряда.

Типичные спектры комбинационного рассеяния света (из карты) показаны на рис. 3, демонстрируя сдвиг вверх как G-, так и 2D-пиковой частоты, когда графен садится на нижележащую структуру кремниевого MRR-волновода.

Типичный графен G (слева) и 2D (справа), усредненные ( n =3) Пики комбинационного рассеяния света (возбуждение 633 нм) выключены (вверху) и включены (внизу) на лежащей в основе кремниевой структуре MRR волновода. Линии представляют двойное (пик G) или одинарное (2D пик) лоренцево соответствие данным. Асимметрия пика G в результате снижения вырождения плоскости E _{2 г} оптический фонон приводит к различным режимам рассеяния, обозначенным G ⁺ и G ^- (в соответствии с соглашением, используемым для углеродных нанотрубок)

Двухмерный пик хорошо описан ( R ² =0,993) единственной симметричной лоренцевой формой линии, характерной для однослойного графена [8]. Мы отмечаем, что аппроксимация 2D-пика была лишь незначительно улучшена с использованием функции Фойгта, которая предполагает лишь небольшой вклад инструмента в уширение. Никаких измеримых изменений (за пределами стандартной ошибки) не наблюдалось в FWHM режима двумерного рассеяния между данными ВКЛ и ВЫКЛ, что указывает на нечувствительность этого к концентрации носителей, что согласуется с предыдущими наблюдениями [28].

Пик G, с другой стороны, довольно асимметричен как для условий выключенного, так и для включенного кольца и, как результат, плохо описывается одной симметричной функцией. Скорее, мы обнаружили, что он лучше всего описан ( R ² > 0,995) двойной лоренцевой формой линии, указывающей на два различных процесса рассеяния. Отметим, что ширина основного (G ⁺ ) пик уменьшается на ~ 25% (\ ({\ Gamma} _ {\ mathrm {OFF}} ^ {+} \) ~ 10 см ⁻¹ , \ ({\ Gamma} _ {\ mathrm {ON}} ^ {+} \) ~ 7,5 см ⁻¹ ), идущей от подвешенного графена к месту, где он поддерживается структурой волновода MRR. Это согласуется с текущим пониманием и предыдущими наблюдениями за «повышением жесткости» графена E _{2 г} оптический фонон в результате легирования [8]. Вторая основная мода рассеяния (G ^- ), ответственный за асимметрию, также показывает значительное уменьшение ширины ~ 35% (\ ({\ Gamma} _ {\ mathrm {OFF}} ^ {-} \) ~ 20 см ⁻¹ , \ ({\ Gamma} _ {\ mathrm {ON}} ^ {-} \) ~ 13 см ⁻¹ ), идущей от подвешенного графена к месту, где он поддерживается структурой волновода MRR. Асимметрию в пике комбинационного рассеяния графена G ранее приписывали сильно локализованной неоднородности заряда в области лазерного зонда [28], то есть в субмикронном масштабе, и она также уже наблюдалась при сравнении спектров комбинационного рассеяния графена в суспензии и на носителе. подложкой [22]. Недавние исследования графена, нанесенного на наноструктурированные поверхности [29], также выявили многопиковую тонкую структуру в полосе G, которая была интерпретирована как результат чрезмерной кривизны или «морщинистости», аналогичной тому, что наблюдается в одностенных углеродные нанотрубки (ОСУНТ). В этом случае дважды вырожденный в плоскости E _{2 г} оптическая мода может быть разделена между фононами вдоль оси нанотрубки \ ({\ omega} _G ^ {+} \) и фононами, перпендикулярными ей, \ ({\ omega} _G ^ {-} \), с помощью степень расщепления, \ (\ Delta {\ omega} _G ={\ omega} _G ^ {+} - {\ omega} _G ^ {-} \), которая сильно зависит от размера нанотрубки (т.е. степени кривизны) , даже в отсутствие какой-либо внешней деформации [30]. Расщепление пика G также наблюдалось в графене при одноосной деформации [5] и в изолированных ОСУНТ при гидростатическом давлении [31], где чувствительная к кривизне более низкая частота (G ^- ) сама мода рассеяния может быть расширена и даже расщеплена, когда нанотрубки изгибаются и схлопываются под действием высокого давления. Из аппроксимации спектров G-полосы графена можно заметить, что как разность частот Δ ω _G и ширина линии G ^- режим (\ ({\ Gamma} _ {\ mathrm {OFF}} ^ {-} \)) больше для состояния приостановленного выключенного звонка, чем для случая включенного звонка. В отсутствие каких-либо доказательств (по положению пиков) глобальной суммарной деформации, мы предполагаем, что это может быть результатом локализованной складки вне плоскости в подвешенной области, которая «сглаживается» там, где графен находится. поддерживается четко определенной базовой структурой субмикронного MRR волновода, что объясняет меньшее Δ ω _G и более узкий G ^- пики, которые мы наблюдаем здесь.

Мы также исследовали соотношение пиковых интенсивностей, I _2D / Я _G , который, как известно, зависит от концентрации носителей, является максимальным для внутреннего случая и непрерывно уменьшается с увеличением (оба n и p ) уровень легирования, главным образом из-за гашения 2D-моды при увеличении рассеяния на фононах носителей [22, 32]. Однако, хотя мы наблюдали падение I _2D / Я _G , от ~ 3, где графен был подвешен, до ~ 2,5 на структуру волновода, отметим, что это изменение мало по сравнению с наблюдаемой степенью сдвига пика G, по сравнению с другими отчетами [28] для той же длины волны возбуждающего лазера ( 633 нм). Однако стоит отметить, что в [28] наблюдается большой разброс данных для I _2D / Я _G как положение пика функции G, которое, по-видимому, увеличивается с увеличением длины волны возбуждения, что позволяет предположить, что это само по себе не может быть самым надежным индикатором абсолютного уровня легирования, особенно в нижнем пределе легирования.

Анализ отношения суммарных интегральных интенсивностей пиков, A _G / А _2D , который учитывает ширину пиков, а также вариации высот пиков, может быть использован для получения концентрации носителей непосредственно из уравнения. (3) [22, 32]:

где C постоянная; е электронный заряд; γ _e-ph - средняя скорость электрон-фононного рассеяния, определенная ранее в [32] и составляющая ~ 33 мэВ; а ε (~ 3.9) - диэлектрическая проницаемость SiO ₂ [33], который, как предполагается, присутствует на границе раздела (как слой собственного оксида) между кремнием и графеном. Это дает f (e ² / εν _f ) ~ 0,069 при ν _f принята за скорость электрона 1,17 × 10 ⁸ см / с. Наши измерения показывают, что \ (\ surd \ frac {A_G} {A_ {2D}} \) выше там, где графен находится на вершине структуры нижележащего кремниевого волновода, по сравнению с центральной подвешенной областью, что снова подтверждает гипотезу о том, что наблюдаемые спектральные сдвиги комбинационного рассеяния являются результатом эффекта легирования подложки. На рис. 4 показан уровень Ферми, который мы определили из отношения интегральных интенсивностей G- и 2D-мод графена, а также по формуле. (3) в зависимости от положения вдоль пространственных линий сканирования, сделанных через середину длинной секции MRR-устройств с интегрированным графеном (для радиусов 10 и 20 мкм). Пиковый сдвиг уровня Ферми совпадает с местом, где графен располагается на подлежащей структуре кремниевого волновода, и составляет ~ 0,2 эВ, что согласуется с тем, что мы определили из сдвигов пиков, и тем, что было ранее определено для полевого транзистора с графеновым эффектом с обратным затвором [17]. . Стоит отметить, что, несмотря на разную геометрию устройства, которую мы изучали, что приводит к большей области подвешенного графена в структуре MRR с радиусом 20 мкм по сравнению со структурой с радиусом 10 мкм (суспендированный графен с размером ~ 54 мкм по сравнению с ~ 36 мкм соответственно), локальная пространственная картина легирования практически идентична, как показывает гауссова аппроксимация на рис. 4.

Уровень Ферми графена, определенный (из \ (\ surd \ frac {A_G} {A_ {2D}} \)) как функция пространственной координаты вдоль линейного сканирования для радиуса 10 мкм (вверху) и радиуса 20 мкм (внизу) Устройства MRR (обратите внимание на разрыв внизу x -ось). Интегрированные площади и ширины подогнанных (гауссовских) пиков показаны для сравнения вместе с данными строчной развертки, полученными на устройствах

Преобразуя уровень Ферми, который мы определили, в концентрацию носителей, n через формулу. (4) [33] дает пиковое значение для n ~ 3 × 10 ¹² см ⁻² о структуре MRR, которая в целом хорошо согласуется с предыдущими отчетами [26]:

Наконец, мы исследовали корреляцию между положениями пиков G и 2D из наших измеренных данных (из трех линейных сканирований) на так называемом графике векторного разложения, введенном Ли и др. [34], рис. 5.

График корреляции G-2D, показывающий данные для трех измерений линейной развертки через MRR, интегрированный в графен. Красные кресты - это точки, взятые там, где графен находится НА структуре MRR, при этом фиолетовая точка представляет собой среднее значение этих значений координат, а синие кресты - в местах, где графен подвешен поперек MRR (ВЫКЛЮЧЕНА основная структура). Красная точка - это ненапряженная собственная величина координаты графена с лазерным возбуждением на длине волны 633 нм, которая определяет начало координат. Пунктирная линия обозначает бездеформационный ( p -допирование) вектор с ∆ω _2D / ∆ω _G ~ 0,7, а сплошной линией обозначен вектор без допирования (деформации) с ∆ω _2D / ∆ω _G ~ 2.2, после [34]

Представление данных в виде графика этого типа позволяет нам определить, в какой степени на сдвиги пиков может влиять деформация. Это основано на том факте, что скорость изменения соотношений положений пиков для деформации (∆ ω _{2 D} / ∆ ω _G ~ 2.2) сильно отличаются от тех, которые связаны с легированием (∆ ω _{2 D} / ∆ ω _G ~ 0,7) [34]. Следовательно, любая координатная точка в пространстве G-2D может быть разложена на деформацию и, в частности, на p -типа допинговых векторов. При увеличении деформации растяжения или p -допирование, ω _G , ω _{2 D} значения координат будут перемещаться от начала координат (собственное, ненапряженное положение) либо вдоль без легирования (деформация), либо без деформации ( p -допинговые) линии соответственно. Координатное пространство G-2D разделено на четыре квадранта, Q1 – Q4 этими векторами деформации и допирования, и поэтому любое значительное отклонение координатных данных от этих линий, скажем, в области Q1 (Q4), будет указывать на то, что сдвиги пиков результат комбинации деформации сжатия (растяжения) и p -допинг. Разброс данных в Q2 и Q3 запрещен, потому что оба n- и p -допирование проявляется только в увеличении положения пика G.

Мы определяем собственную координату частоты пика графена без деформации как начало координат (красная точка) [9, 26] и указываем без деформации ( p -допирование) (пунктирная линия) и вектор без легирования (деформация) (сплошная линия) по [31]. Данные для трех различных линейных сканирований разбросаны вокруг исходной точки для выключенного кольца и вдоль свободного от деформации ( p -допирование) вектор для ON-кольца со средним значением координаты ON-кольца (фиолетовая точка), равным (1584,9, 2642,4). Увеличенный разброс данных по включенному кольцу вдоль линии без деформации указывает на больший диапазон уровней легирования, обнаруженных по относительным сдвигам пиков, вероятно, из-за неопределенности в исследовании сильно локализованного эффекта легирования подложки, создаваемого нижележащим субмикронным слоем. ширина волновода по сравнению с размером пятна зондирующего лазера (> 1 мкм). Несмотря на очевидный разброс данных как в 4-й, так и в 1-й кварталы, мы не принимаем во внимание любые значительные глобальные эффекты деформации, потому что средняя координата ВКЛ-кольца находится так близко к линии без деформаций. Мы предполагаем, что наблюдаемые нами сдвиги пиков обусловлены только дырочным легированием кремниевой подложки, а средняя координата G-2D ON-кольца подтверждает, что это находится в диапазоне (от 2 до 3) × 10 ¹² см ⁻² .

Выводы

Таким образом, однослойный CVD-графен был интегрирован с фотонными устройствами MRR на основе кремниевых волноводов. Частотные сдвиги и интегральные интенсивности характеристических пиков комбинационного рассеяния G и 2D графена были определены для картированных областей, и они указывают на `` закрепление '' уровня Ферми, когда графен сидит на структуре Si MRR в результате непреднамеренного дырочного легирования нижележащего кремния. / SiO ₂ волновод (эффект легирования подложки). Данные для подвешенной области не обнаруживают заметных отличий от собственного графена, но для поддерживаемой области определяется максимальное смещение уровня Ферми вниз ~ 0,2 эВ, что соответствует максимальной концентрации дырок ~ 3 × 10 ¹² см ⁻² . Асимметрия пика комбинационного рассеяния G, которая варьируется в зависимости от того, подвешен ли графен или поддерживается, указывает на комбинацию вызванного легированием «повышения жесткости» и снятия вырождения E _{2 г} оптический режим. Эти эффекты следует принимать во внимание, когда графен сочетается с платформами кремниевой фотоники, особенно при попытке использовать такие платформы для определения характерных свойств графена и для оптимизации будущих устройств кремниевой фотоники с графеном, таких как оптические модуляторы и датчики.>

Сокращения

CCD:

Устройство с зарядовой связью

CEA-LETI:

Commissariat à l’energie et aux energy alternatives - Laboratoire d’électronique des technologies de l’information

CMOS:

Дополнительный металлооксидный полупроводник

CVD:

Химическое осаждение из паровой фазы

DR:

Дважды резонансный

FWHM:

Полная ширина на половине максимальной

MRR:

Микрокольцевой резонатор

NMP:

N-метил-2-пирролидон

Si:

Кремний

SiO₂ :

Silicon dioxide

SWCNT:

Single-walled carbon nanotube