Ge under high strain is predicted to become a direct bandgap semiconductor. Very large deformations can be introduced using microbridge devices. However, at the microscale, strain values are commonly deduced from Raman spectroscopy using empirical linear models only established up to ε100 = 1.2% for uniaxial stress. In this work, we calibrate the Raman-strain relation at higher strain using synchrotron based microdiffraction. The Ge microbridges show unprecedented high tensile strain up to 4.9% corresponding to an unexpected Δω = 9.9 cm−1 Raman shift. We demonstrate experimentally and theoretically that the Raman strain relation is not linear and we provide a more accurate expression.

1.
Y.
Sun
,
S. E.
Thompson
, and
T.
Nishida
,
Strain Effect in Semiconductors
(
Springer US
,
2010
).
2.
J. A.
del Alamo
,
Nature
479
,
317
(
2011
).
3.
R. S.
Jacobsen
,
K. N.
Andersen
,
P. I.
Borel
,
J.
Fage-Pedersen
,
L. H.
Frandsen
,
O.
Hansen
,
M.
Kristensen
,
A. V.
Lavrinenko
,
G.
Moulin
,
H.
Ou
,
C.
Peucheret
,
B.
Zsigri
, and
A.
Bjarklev
,
Nature
441
,
199
(
2006
).
4.
T.
Takeuchi
,
C.
Wetzel
,
S.
Yamaguchi
,
H.
Sakai
,
I.
Akasaki
,
Y.
Kaneko
,
S.
Nakagawa
,
Y.
Yamaoka
, and
N.
Yamada
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
1691
(
1998
).
5.
A. R.
Adams
,
Electron. Lett.
22
,
249
(
1986
).
6.
M.
El Kurdi
,
G.
Fishman
,
S.
Sauvage
, and
P.
Boucaud
,
J. Appl. Phys.
107
,
013710
(
2010
).
7.
J. R.
Sanchez-Perez
,
C.
Boztug
,
F.
Chen
,
F. F.
Sudradjat
,
D. M.
Paskiewicz
,
R. B.
Jacobson
,
M. G.
Lagally
, and
R.
Paiella
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
108
,
18893
(
2011
).
8.
O.
Aldaghri
,
Z.
Ikonić
, and
R. W.
Kelsall
,
J. Appl. Phys.
111
,
053106
(
2012
).
9.
R.
Geiger
,
T.
Zabel
, and
H.
Sigg
,
Front. Mater.
2
,
1
(
2015
).
10.
D. S.
Sukhdeo
,
D.
Nam
,
J.-H.
Kang
,
M. L.
Brongersma
, and
K. C.
Saraswat
,
Photonics Res.
2
,
A8
(
2014
).
11.
A.
Ghrib
,
M.
El Kurdi
,
M.
Prost
,
S.
Sauvage
,
X.
Checoury
,
G.
Beaudoin
,
M.
Chaigneau
,
R.
Ossikovsk
,
I.
Sagnes
, and
P.
Boucaud
,
Adv. Opt. Mater.
3
,
353
(
2015
).
12.
C.
Boztug
,
J. R.
Sánchez-Pérez
,
F. F.
Sudradjat
,
R.
Jacobson
,
D. M.
Paskiewicz
,
M. G.
Lagally
, and
R.
Paiella
,
Small
9
,
622
(
2013
).
13.
M.
El Kurdi
,
H.
Bertin
,
E.
Martincic
,
M.
De Kersauson
,
G.
Fishman
,
S.
Sauvage
,
A.
Bosseboeuf
, and
P.
Boucaud
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
041909
(
2010
).
14.
M. J.
Süess
,
R.
Geiger
,
R. A.
Minamisawa
,
G.
Schiefler
,
J.
Frigerio
,
D.
Chrastina
,
G.
Isella
,
R.
Spolenak
,
J.
Faist
, and
H.
Sigg
,
Nat. Photonics
7
,
466
(
2013
).
15.
A.
Gassenq
,
K.
Guilloy
,
G.
Osvaldo Dias
,
N.
Pauc
,
D.
Rouchon
,
J.-M.
Hartmann
,
J.
Widiez
,
S.
Tardif
,
F.
Rieutord
,
J.
Escalante
,
I.
Duchemin
,
Y.-M.
Niquet
,
R.
Geiger
,
T.
Zabel
,
H.
Sigg
,
J.
Faist
,
A.
Chelnokov
,
V.
Reboud
, and
V.
Calvo
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
191904
(
2015
).
16.
P. M. J.
Marée
,
J. C.
Barbour
,
J. F.
Van Der Veen
,
K. L.
Kavanagh
,
C. W. T.
Bulle-Lieuwma
, and
M. P. A.
Viegers
,
J. Appl. Phys.
62
,
4413
(
1987
).
17.
J. W.
Matthews
and
A. E.
Blakeslee
,
J. Cryst. Growth
27
,
118
(
1974
).
18.
K.
Guilloy
,
N.
Pauc
,
A.
Gassenq
,
P.
Gentile
,
S.
Tardif
,
F.
Rieutord
, and
V.
Calvo
,
Nano Lett.
15
,
2429
(
2015
).
19.
T.
Etzelstorfer
,
M. J.
Süess
,
G. L.
Schiefler
,
V. L. R.
Jacques
,
D.
Carbone
,
D.
Chrastina
,
G.
Isella
,
R.
Spolenak
,
J.
Stangl
,
H.
Sigg
, and
A.
Diaz
,
J. Synchrotron Radiat.
21
,
111
(
2014
).
20.
G.
Capellini
,
G.
Kozlowski
,
Y.
Yamamoto
,
M.
Lisker
,
C.
Wenger
,
G.
Niu
,
P.
Zaumseil
,
B.
Tillack
,
A.
Ghrib
,
M.
De Kersauson
,
M.
El Kurdi
,
P.
Boucaud
, and
T.
Schroeder
,
J. Appl. Phys.
113
,
013513
(
2013
).
21.
E.
Anastassakis
,
A.
Pinczuk
,
E.
Burstein
,
F. H.
Pollak
, and
M.
Cardona
,
Solid State Commun.
88
,
1053
(
1993
).
22.
F.
Cerdeira
,
C. J.
Buchenauer
,
F. H.
Pollak
, and
M.
Cardona
,
Phys. Rev. B
5
,
580
(
1972
).
23.
A. L.
Ruoff
, “
Applications and mechanical properties
,” in
High-Pressure Science and Technology
(
Springer USA
,
1979
), Vol.
2
, pp.
525
548
.
24.
R. A.
Minamisawa
,
M. J.
Süess
,
R.
Spolenak
,
J.
Faist
,
C.
David
,
J.
Gobrecht
,
K. K.
Bourdelle
, and
H.
Sigg
,
Nat. Commun.
3
,
1096
(
2012
).
25.
V.
Reboud
,
J.
Widiez
,
J.-M.
Hartmann
,
G.
Osvaldo Dias
,
D.
Fowler
,
A.
Chelnokov
,
A.
Gassenq
,
K.
Guilloy
,
N.
Pauc
,
V.
Calvo
,
R.
Geiger
,
T.
Zabel
,
J.
Faist
, and
H.
Sigg
,
Proc. SPIE
9367
,
936714
(
2015
).
26.
E.
Augendre
,
L.
Sanchez
,
L.
Benaissa
,
T.
Signamarcheix
,
J.-M.
Hartmann
,
C.
Le Royer
,
M.
Vinet
,
W.
Van Den Daele
,
J.-F.
Damlencourt
,
K.
Romanjek
,
A.
Pouydebasque
,
P.
Batude
,
C.
Tabone
,
F.
Mazen
,
A.
Tauzin
,
N.
Blanc
,
M.
Pellat
,
J.
Dechamp
,
M.
Zussy
,
P.
Scheiblin
,
M.-A.
Jaud
,
C.
Drazek
,
C.
Maurois
,
M.
Piccin
,
A.
Abbadie
,
F.
Lallement
,
N.
Daval
,
E.
Guiot
,
A.
Rigny
,
B.
Ghyselen
,
K.
Bourdelle
,
F.
Boulanger
,
S.
Cristoloveanu
,
T.
Billon
,
O.
Faynot
,
C.
Deguet
, and
L.
Clavelier
,
ECS Trans.
25
,
351
(
2009
).
27.
J.
Widiez
,
J.-M.
Hartmann
,
F.
Mazen
,
S.
Sollier
,
C.
Veytizou
,
Y.
Bogumilowicz
,
E.
Augendre
,
M.
Martin
,
F.
Gonzatti
,
M.-C.
Roure
,
J.
Duvernay
,
V.
Loup
,
C.
Euvrard-Colnat
,
A.
Seignard
,
T.
Baron
,
R.
Cipro
,
F.
Bassani
,
A.-M.
Papon
,
C.
Guedj
,
I.
Huyet
,
M.
Rivoire
,
P.
Besson
,
C.
Figuet
,
W.
Schwarzenbach
,
D.
Delprat
, and
T.
Signamarcheix
,
ECS Trans.
64
,
35
(
2014
).
28.
S.
Tardif
,
A.
Gassenq
,
K.
Guilloy
,
N.
Pauc
,
I.
Duchemin
,
G. O.
Dias
,
D.
Rouchon
,
J. M.
Hartmann
,
J.
Widiez
,
J.
Escalante
,
Y. M.
Niquet
,
R.
Geiger
,
T.
Zabel
,
H.
Sigg
,
J.
Faist
,
A.
Chelnokov
,
V.
Reboud
,
V.
Calvo
, and
F.
Rieutord
, e-print arXiv:1603.06370v1.
29.
P. H.
Tan
,
K.
Brunner
,
D.
Bougeard
, and
G.
Abstreiter
,
Phys. Rev. B
68
,
125302
(
2003
).
30.
M.
Mermoux
,
A.
Crisci
,
F.
Baillet
,
V.
Destefanis
,
D.
Rouchon
,
A. M.
Papon
, and
J. M.
Hartmann
,
J. Appl. Phys.
107
,
013512
(
2010
).
31.
E.
Palik
,
Handbook of Optical Constants of Solids
(
Academic Press
,
1985
).
32.
M.
Süess
,
R.
Minamisawa
,
R.
Geiger
,
K.
Bourdelle
,
H.
Sigg
, and
R.
Spolenak
,
Nano Lett.
14
,
1249
(
2014
).
33.
D.
Nam
,
D. S.
Sukhdeo
,
J.-H.
Kang
,
J.
Petykiewicz
,
J. H.
Lee
,
W. S.
Jung
,
J.
Vuckovic
,
M. L.
Brongersma
, and
K. C.
Saraswat
,
Nano Lett.
13
,
3118
(
2013
).
34.
J. E.
Proctor
,
E.
Gregoryanz
,
K. S.
Novoselov
,
M.
Lotya
,
J. N.
Coleman
, and
M. P.
Halsall
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
80
,
073408
(
2009
).
35.
B. A.
Weinstein
and
R.
Zallen
, “
Light scattering in solids IV
,” in
Topics in Applied Physics
(
Springer Berlin Heidelberg
,
1984
), Vol. 54, Chap. 8, pp.
463
527
.
36.
L. D.
Yao
,
F. F.
Wang
,
X.
Shen
,
S. J.
You
,
L. X.
Yang
,
S.
Jiang
,
Y. C.
Li
,
K.
Zhu
,
Y. L.
Liu
,
A. L.
Pan
,
B. S.
Zou
,
J.
Liu
,
C. Q.
Jin
, and
R. C.
Yu
,
J. Alloys Compd.
480
,
798
(
2009
).
37.
A. V.
Sapelkin
,
V. A.
Karavanskii
,
G.
Kartopu
,
M.
Es-Souni
, and
Z.
Luklinska
,
Phys. Status Solidi B
244
,
1376
(
2007
).
38.
B. A.
Weinstein
and
R.
Zallen
, in
Semiconductors and Semimetals
, edited by
T.
Suski
and
W.
Paul
(
Academic Press
,
1998
), Vol. 55, p.
151
.
39.
E.
Scalise
,
M.
Houssa
,
G.
Pourtois
,
V. V.
Afanasev
, and
A.
Stesmans
,
Phys. E
56
,
416
(
2014
).
40.
O.
Robach
,
J. S.
Micha
,
O.
Ulrich
,
O.
Geaymond
,
O.
Sicardy
,
J.
Härtwig
, and
F.
Rieutord
,
Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr.
69
,
164
(
2013
).
42.
J. J.
Wortman
and
R. A.
Evans
,
J. Appl. Phys.
36
,
153
(
1965
).
43.
I.
De Wolf
,
Semicond. Sci. Technol.
11
,
139
(
1996
).
44.
Y.
Huo
,
H.
Lin
,
R.
Chen
,
M.
Makarova
,
Y.
Rong
,
M.
Li
,
T. I.
Kamins
,
J.
Vuckovic
, and
J. S.
Harris
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
011111
(
2011
).
45.
D.
Rouchon
,
M.
Mermoux
,
F.
Bertin
, and
J. M.
Hartmann
,
J. Cryst. Growth
392
,
66
(
2014
).
46.
F.
Ureña
,
S. H.
Olsen
, and
J. P.
Raskin
,
J. Appl. Phys.
114
,
144507
(
2013
).
47.
X.
Gonze
,
B.
Amadon
,
P.-M.
Anglade
,
J.-M.
Beuken
,
F.
Bottin
,
P.
Boulanger
,
F.
Bruneval
,
D.
Caliste
,
R.
Caracas
,
M.
Cote
,
T.
Deutsch
,
L.
Genovese
,
P.
Ghosez
,
M.
Giantomassi
,
S.
Goedecker
,
D. R.
Hamann
,
P.
Hermet
,
F.
Jollet
,
G.
Jomard
,
S.
Leroux
,
M.
Mancini
,
S.
Mazevet
,
M. J. T.
Oliveira
,
G.
Onida
,
Y.
Pouillon
,
T.
Rangel
,
G.-M.
Rignanese
,
D.
Sangalli
,
R.
Shaltaf
,
M.
Torrent
,
M. J.
Verstraete
,
G.
Zerah
, and
J. W.
Zwanziger
,
Comput. Phys. Commun.
180
,
2582
(
2009
).
48.
M.
Fuchs
and
M.
Scheffler
,
Comput. Phys. Commun
119
,
67
(
1999
).
49.
X.
Gonze
,
G. M.
Rignanese
,
M.
Verstraete
,
J. M.
Beuken
,
Y.
Pouillon
,
R.
Caracas
,
F.
Jollet
,
M.
Torrent
,
G.
Zerah
,
M.
Mikami
,
P.
Ghosez
,
M.
Veithen
,
J. Y.
Raty
,
V.
Olevano
,
F.
Bruneval
,
L.
Reining
,
R.
Godby
,
G.
Onida
,
D. R.
Hamann
, and
D. C.
Allan
,
Z. Kristallogr.
220
,
558
(
2005
).
50.
D.
Olego
and
M.
Cardona
,
Phys. Rev. B
25
,
1151
(
1982
).
51.
J. B.
Renucci
,
M. A.
Renucci
, and
M.
Cardona
,
Solid State Commun.
9
,
1651
(
1971
).
You do not currently have access to this content.