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物理学 > 应用物理

arXiv:1807.00355v1 (physics)
[提交于 2018年7月1日 ]

标题: 超宽禁带 β-Ga₂O₃ 纳米机械谐振器具有空间可视化多模态运动

标题: Ultrawide Band Gap β-Ga2O3 Nanomechanical Resonators with Spatially Visualized Multimode Motion

Authors:Xu-Qian Zheng, Jaesung Lee, Subrina Rafique, Lu Han, Christian A. Zorman, Hongping Zhao, Philip X.-L. Feng
摘要: β-氧化镓(\beta -Ga2O3)是一种新兴的超宽禁带半导体(4.5 - 4.9 eV),具有吸引人的特性,适用于未来的功率电子、光电子以及用于检测气体和紫外线辐射的传感器。通过各种方法制备的\beta -Ga2O3薄膜正在积极研究用于这些器件。在这里,我们报告了使用通过低压化学气相沉积(LPCVD)生长的\beta -Ga2O3纳米片制作的单晶\beta -Ga2O3纳米机械谐振器的实验演示。通过对\beta -Ga2O3圆形鼓头结构的研究,我们在高频(HF)/甚高频(VHF)波段展示了高达第六模式的多模纳米谐振器,并实现了多模运动的空间映射和可视化。这些测量结果显示杨氏模量为E_Y = 261 GPa,各向异性的双轴内应力为37.5 MPa和107.5 MPa。我们发现热退火可以显著改善谐振特性,包括频率约提升40%和品质(Q)因子约提升90%。这项研究为未来机械耦合和可调谐的\beta -Ga2O3电子、光电和物理传感器件的探索和开发奠定了基础。
摘要: Beta gallium oxide (\beta-Ga2O3) is an emerging ultrawide band gap (4.5 - 4.9 eV) semiconductor with attractive properties for future power electronics, optoelectronics, and sensors for detecting gases and ultraviolet radiation. \beta-Ga2O3 thin films made by various methods are being actively studied toward such devices. Here, we report on the experimental demonstration of single-crystal \beta-Ga2O3 nanomechanical resonators using \beta-Ga2O3 nanoflakes grown via low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD). By investigating \beta-Ga2O3 circular drumhead structures, we demonstrate multimode nanoresonators up to the 6th mode in high and very high frequency (HF / VHF) bands, and also realize spatial mapping and visualization of the multimode motion. These measurements reveal a Young's modulus of E_Y = 261 GPa and anisotropic biaxial built-in tension of 37.5 MPa and 107.5 MPa. We find that thermal annealing can considerably improve the resonance characteristics, including ~40% upshift in frequency and ~90% enhancement in quality (Q) factor. This study lays a foundation for future exploration and development of mechanically coupled and tunable \beta-Ga2O3 electronic, optoelectronic, and physical sensing devices.
评论: 18页,6张图(补充信息:12页,6张图,2张表)
主题: 应用物理 (physics.app-ph) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:1807.00355 [physics.app-ph]
  (或者 arXiv:1807.00355v1 [physics.app-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1807.00355
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 43090-43097 (2017)
相关 DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.7b13930
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来自: Philip Feng [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2018 年 7 月 1 日 16:35:57 UTC (4,649 KB)
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