Rapid Directional Recrystallisation of SiGe Fibres

Abstract

Fibre av \ce{SiGe} fremstilt ved flytende kjerne-trekking har blitt rekrystallisert ved bruk av to forskjellige teknikker: Sakte kj{\o}ling i en tubeovn og bevegende smeltesone-rekrystallisering med en \ce{CO2}-laser. To forskjellige kj{\o}lerater, \SI{1.5}{\degreeCelsius\per\minute} og \SI{5}{\degreeCelsius\per\minute}, ble testet i tubeovnen med b{\aa}de vertikal og horisontal pr{\o}veplassering. Homogen og inhomogen komposisjon ble observert med sveipeelektronmikroskopi i tverrsnitter av pr{\o}vene fra begge kj{\o}lerater, men ingen {\aa}penbare trender mellom \ce{Ge}-distribusjon og pr{\o}veplassering ble funnet. Fibre av to forskjellige komposisjoner ($\approx 5at\%$ og $\approx 40at\%$ \ce{Ge}) ble behandlet med \ce{CO2}-laseren ved forskjellige skannehastigheter. De eksperimentelt bestemte kritiske vekstratene for homogen vekst i fibrene med stor kjerne, var i god overenstemmelse med de teoretisk beregnede verdiene: \SI{348.23}{\micro\metre\per\second} for pr{\o}vene med lite \ce{Ge} og \SI{29.4}{\micro\metre\per\second} for pr{\o}vene med mye \ce{Ge}. Omdratte fibre med en radius p{\aa} omtrent \SI{8}{\micro\metre} ble ogs{\aa} testet for begge komposisjoner og en {\o}kning i kritisk veksthastighet med opp til $\approx 10$ ganger ble funnet ved reduksjon i fiberdiameteren for begge komposisjoner. For de omdratte fibrene med lite \ce{Ge} ble det rekrystallisert homogene fibre ved hastigheter opp til og med \SI{1000}{\micro\metre\per\second}. De omdratte fibrene med mye \ce{Ge} var homogene opp til \SI{100}{\micro\metre\per\second}, men inhomogene ved \SI{1000}{\micro\metre\per\second} Krystalliniteten til {\'e}n ubehandlet pr{\o}ve, {\'e}n inhomogen tubeovnbehandlet pr{\o}ve og {\'e}n homogen laserbehandlet pr{\o}ve ble unders{\o}kt med tilbakespredt elektrondiffraksjon. Tverrsnittene til de tre pr{\o}vene var alle énkrystallinske, selv pr{\o}vene med store komposisjonsvariasjoner. R{\o}ntgentomografi bekrefter at \ce{CO2}-laserbehandlede pr{\o}ver var av homogen komposisjon over hele det behandle omr{\aa}de og forel{\o}pige r{\o}ntgendiffraksjonsresultater antyder at hele omr{\aa}det er en {\'e}nkrystall. Kartlegging av spenning ved \si{\micro}-Ramanspektroskopi fant spenning tilknyttet de \ce{Ge}-rike omr{\aa}dene i den ubehandlede pr{\o}ven, men ingen spenning i verken de homogene eller inhomogene behandlede pr{\o}vene.