Fabrication of germanium micro and nanostructures by laser induced electrachemical anodization method

Abstract

Farklı şekil ve boyutlara sahip mikro ve nano yapılı yarıiletkenler 0.01 Ω-cm dirençli Antimon (Sb) katkılı ve kristal yönelimi (100) olan n tipi Germanyum(Ge) plakanın elektrokimyasal anodizasyonu ile hazırlanmıştır. Ge plakalar oda sıcaklığında içerisinde HF:C2H5OH (1:3) elektrolit çözeltisi bulunan çift elektrokimyasal asit hücresinde aşındırıldı. Anodizyon koşullarını iyileştirmek için, anodizasyon süresi, akım yoğunluğu, aydınlatma yönü ve aydınlatma kaynağı gibi çeşitli parametrelerin elde edilen nano yapılar üzerinde etkileri incelendi. Ge plakalar katot ve anot yönünden halojen lamba, lazer gibi farklı ışık kaynakları tarafından aydınlatıldı. Anot yönünden farklı aydınlatma kaynaklarını kullanılması ile nano-piramit, nano-çubuk, nano-koni ve nano-plaka gibi farklı Ge yüzey morfolojilerinin elde edilebileceği gösterildi. En homojen ve sürekli Ge nano piramit yapısı 30mA/cm2 akım yoğunluğunda 45 dakika 470 nm lazer ile aydınlatılarak hazırlanan numunede elde edilmiştir. Ge nano piramitlerin 400-600 aralığında foto ışıma yaptığı gözlemlenmiştir.

Semiconductor micro and nanostructures with different shapes and sizes are prepared by electrochemical anodization of n-type Sb doped (100) oriented germanium (Ge) wafers with resistivity of 0.01 Ω-cm. Ge wafers are etched in an electrochemical double cell with a HF:C2H5OH (1:3) electrolyte solution at room temperature. The effects of various parameters such as the illumination source, illumination side, current density, anodization time on the obtained Ge nanostructures are investigated in order to optimize anodization conditions. Ge wafers are illuminated by different light sources such as halogen lamp, laser from anode and cathode side. It is demonstrated that different Ge surface morphologies such as nano-pillars, nano-rods, nano-sheets and nano-pyramids can be obtained using different anode side illumination source. The most uniform and continuous Ge nanopyramid array is obtained at the current density of 30mA/cm2 for 45 min under 470nm laser illumination. It is observed that Ge nanopyramids exhibit a broad photoluminescence band between 400 and 600 nm.