导读：单晶锗在应变场效果下具有极高的载流子迁移率，其作为重要的光电资料，应用于超快半导器材和激光器。但是锗是脆性资料，室温条件下机械应变效果易引发开裂失效或引进晶体缺点，影响器材功能性。因而精准丈量锗的力学性能，研讨不同标准和温度条件下的缺点行为特别的重要。本文报导了，在微纳标准范围内，经过微柱紧缩实验，研讨了锗在极点温度下的缺点行为和力学性能上的标准效应，初次报导了锗的低温（–100 ºC）塑性，为规划和制作锗基微电子器材供给了重要参阅。
锗作为典型的金刚石结构（diamond-cubic structure）半导体，具有高硬度和低耐性。 其熔点（Tm=938 ºC）远低于其它半导体，例如硅（1414 ºC）和金刚石（3642 ºC）。实验中相同的绝对温度条件下，在锗傍边可以掩盖更广泛的同系温度（homologous temperature range, T/Tm），从而研讨金刚石结构半导体在广泛温度区间的力学性能。文献报导了，在半导体中由温度操控的塑性形变机理，例如选用纳米压痕按捺裂纹成长，研讨了低温塑性。但是此过程中高压相变和晶体缺点开动交互效果，相互影响。一起关于锗在广泛温度区间内的塑性机理和标准效应，并不清楚，也缺少体系的研讨。
微柱紧缩实验显现，锗在-100 ºC – 400 ºC范围内都具有塑性。经过减小样品标准，初次在-100 ºC下，观察到直径500纳米的微柱，在失效之前具有2%的塑性应变。结合高分辩透射电子显微镜和瞬态测验（transient testing），对塑性变形进行了定性和定量的研讨。跟着温度上升，锗在3个温度区间展示了2次塑性变形机理的改变：（1）全位错到半位错的改变和（2）韧脆改变，如图一所示。比照发现，这一现象和别的一类闪锌矿结构（zincblende structure）的半导体相似。
微纳力学研讨提醒，力学性能上的标准效应，广泛存在于许多资料傍边。对不一样的标准的锗微柱，在不一样的温度条件下的紧缩实验标明，标准效应在具有共价键的半导体傍边小于金属。晶体的化学键强度越大，晶格摩擦系数也越大，标准效应也就越弱。一起标准效应，也会跟着温度的升高而增强。在半位错操控的温度区间，标准效应最弱。
作为信息时代的首要资料，单晶锗是制作微电子半导器材和激光器的重要资料。本文体系研讨了单晶锗在不一样的温度和标准的力学性能，研讨了温度操控的锗的形变机理，进一步说明和剖析了金刚石结构半导体中的缺点行为，为出产健旺和安稳的锗基半导体器材供给了重要数据和参阅。（文：双雄）
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