A thin, flat, and single crystal germanium membrane would be an ideal platform on which to mount sensors or integrate photonic and electronic devices, using standard silicon processing technology. We present a fabrication technique compatible with integrated-circuit wafer scale processing to produce membranes of thickness between 60 nm and 800 nm, with large areas of up to 3.5 mm2. We show how the optical properties change with thickness, including appearance of Fabry-Pérot type interference in thin membranes. The membranes have low Q-factors, which allow the platforms to counteract distortion during agitation and movement. Finally, we report on the physical characteristics showing sub-nm roughness and a homogenous strain profile throughout the freestanding layer, making the single crystal Ge membrane an excellent platform for further epitaxial growth or deposition of materials.
REFERENCES
1.
K.
Eshraghian
, Proc. IEEE
94
(6
), 1197
–1213
(2006
).2.
S. J.
Utteridge
, V. A.
Sashin
, S. A.
Canney
, M. J.
Ford
, Z.
Fang
, D. R.
Oliver
, M.
Vos
, and E.
Weigold
, Appl. Surf. Sci.
162–163
, 359
–367
(2000
).3.
T.
Tritt
, Thermal Conductivity: Theory, Properties and Applications
(Springer
, Clemson, South Carolina
, 2004
).4.
5.
W. O.
Davis
, R.
Sprague
, and J.
Miller
, “MEMS-based pico projector display
,” in IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMs and Nanophotonics
(IEEE
, New York
, 2008
).6.
G.
Rempe
, R. J.
Thompson
, H. J.
Kimble
, and R.
Lalezari
, Opt. Lett.
17
(5
), 363
–365
(1992
).7.
J. M.
Bustillo
, R. T.
Howe
, and R. S.
Muller
, Proc. IEEE
86
(8
), 1552
–1574
(1998
).8.
R. M.
Sieg
, J. A.
Carlin
, J. J.
Boeckl
, S. A.
Ringel
, M. T.
Currie
, S. M.
Ting
, T. A.
Langdo
, G.
Taraschi
, E. A.
Fitzgerald
, and B. M.
Keyes
, Appl. Phys. Lett.
73
(21
), 3111
–3113
(1998
).9.
J. M.
Hartmann
, A.
Abbadie
, A. M.
Papon
, P.
Holliger
, G.
Rolland
, T.
Billon
, J. M.
Fedeli
, M.
Rouviere
, L.
Vivien
, and S.
Laval
, J. Appl. Phys.
95
(10
), 5905
–5913
(2004
).10.
J.
Liu
, R.
Camacho-Aguilera
, J. T.
Bessette
, X.
Sun
, X.
Wang
, Y.
Cai
, L. C.
Kimerling
, and J.
Michel
, Thin Solid Films
520
(8
), 3354
–3360
(2012
).11.
J. F.
Liu
, X. C.
Sun
, R.
Camacho-Aguilera
, L. C.
Kimerling
, and J.
Michel
, Opt. Lett.
35
(5
), 679
–681
(2010
).12.
R. R.
King
, D. C.
Law
, K. M.
Edmondson
, C. M.
Fetzer
, G. S.
Kinsey
, H.
Yoon
, R. A.
Sherif
, and N. H.
Karam
, Appl. Phys. Lett.
90
(18
), 183516
(2007
).13.
D.
Nam
, D.
Sukhdeo
, A.
Roy
, K.
Balram
, S. L.
Cheng
, K. C. Y.
Huang
, Z.
Yuan
, M.
Brongersma
, Y.
Nishi
, D.
Miller
, and K. C.
Saraswat
, Opt. Express
19
(27
), 25866
–25872
(2011
).14.
N.
Amrane
, S. A.
Abderrahmane
, and H.
Aourag
, Infrared Phys. Technol.
36
(5
), 843
–848
(1995
).15.
R. M.
Audet
, E. H.
Edwards
, K. C.
Balram
, S. A.
Claussen
, R. K.
Schaevitz
, E.
Tasyurek
, R.
Yiwen
, E. I.
Fei
, T. I.
Kamins
, J. S.
Harris
, and D. A. B.
Miller
, J. Lightwave Technol.
31
(24
), 3995
–4003
(2013
).16.
C.
Boztug
, J. R.
Sánchez-Pérez
, F. F.
Sudradjat
, R. B.
Jacobson
, D. M.
Paskiewicz
, M. G.
Lagally
, and R.
Paiella
, Small
9
(4
), 622
–630
(2013
).17.
F.
Cavallo
and M. G.
Lagally
, Nanoscale Res. Lett.
7
, 1
–10
(2012
).18.
J. R.
Sánchez-Pérez
, C.
Boztug
, F.
Chen
, F. F.
Sudradjat
, D. M.
Paskiewicz
, R.
Jacobson
, M. G.
Lagally
, and R.
Paiella
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
108
(47
), 18893
–18898
(2011
).19.
M.
Huang
, F.
Cavallo
, F.
Liu
, and M. G.
Lagally
, Nanoscale
3
(1
), 96
–120
(2011
).20.
E.
Thielicke
and E.
Obermeier
, Mechatronics
10
(4–5
), 431
–455
(2000
).21.
A. I.
Fedorchenko
, A. B.
Wang
, V. I.
Mashanov
, and H. H.
Cheng
, J. Mech.
21
(3
), 131
–135
(2005
).22.
K. C.
Lee
, J. Electrochem. Soc.
137
(8
), 2556
–2574
(1990
).23.
M.
Myronov
, A.
Dobbie
, V. A.
Shah
, X. C.
Liu
, V. H.
Nguyen
, and D. R.
Leadley
, Electrochem. Solid-State Lett.
13
(11
), H388
–H390
(2010
).24.
V. A.
Shah
, A.
Dobbie
, M.
Myronov
, D. J. F.
Fulgoni
, L. J.
Nash
, and D. R.
Leadley
, Appl. Phys. Lett.
93
(19
), 192103
(2008
).25.
V. A.
Shah
, M.
Myronov
, A.
Dobbie
, and D. R.
Leadley
, ECS J. Solid State Sci. Technol.
2
(3
), Q40
–Q44
(2013
).26.
Y. A.
Osip'yan
and S. A.
Shevchenko
, JETP Lett.
20
(11
), 328
–329
(1974
), available at http://www.jetpletters.ac.ru/ps/1794/article_27391.shtml.27.
J.
Hess
, J.
Schreiber
, S.
Hildebrandt
, and R.
Labusch
, Phys. Status Solidi B
172
(1
), 225
–234
(1992
).28.
S. A.
Shevchenko
, J. Exp. Theor. Phys.
88
(1
), 66
–71
(1999
).29.
V. A.
Shah
, M.
Myronov
, C.
Wongwanitwatana
, L.
Bawden
, M. J.
Prest
, J. S.
Richardson-Bullock
, S.
Rhead
, E. H. C.
Parker
, T. E.
Whall
, and D. R.
Leadley
, Sci. Technol. Adv. Mater.
13
(5
), 055002
(2012
).30.
T. A.
Langdo
, M. T.
Currie
, Z. Y.
Cheng
, J. G.
Fiorenza
, M.
Erdtmann
, G.
Braithwaite
, C. W.
Leitz
, C. J.
Vineis
, J. A.
Carlin
, A.
Lochtefeld
, M. T.
Bulsara
, I.
Lauer
, D. A.
Antoniadis
, and M.
Somerville
, Solid-State Electron.
48
(8
), 1357
–1367
(2004
).31.
A.
Shchepetov
, M.
Prunnila
, F.
Alzina
, L.
Schneider
, J.
Cuffe
, H.
Jiang
, E. I.
Kauppinen
, C. M. S.
Torres
, and J.
Ahopelto
, Appl. Phys. Lett.
102
(19
), 192108
(2013
).32.
S. D.
Collins
, J. Electrochem. Soc.
144
(6
), 2242
–2262
(1997
).33.
M.
Elwenspoek
and H.
Jansen
, Silicon Micromachining
(Cambridge University Press
, Cambridge
, 1998
).34.
B.
Li
, B.
Xiong
, L. N.
Jiang
, Y.
Zohar
, and M.
Wong
, J. Microelectromech. Syst.
8
(4
), 366
–372
(1999
).35.
M.
Sasaki
, T.
Sasaki
, H.
Kazuhiro
, and M.
Hideo
, J. Opt. A: Pure Appl. Opt.
10
(4
), 044004
(2008
).36.
V. A.
Shah
, A.
Dobbie
, M.
Myronov
, and D. R.
Leadley
, Solid-State Electron.
62
(1
), 189
–194
(2011
).37.
V. A.
Shah
, A.
Dobbie
, M.
Myronov
, and D. R.
Leadley
, J. Appl. Phys.
107
(6
), 064304
(2010
).38.
B.
Hollander
, D.
Buca
, S.
Mantl
, and J. M.
Hartmann
, J. Electrochem. Soc.
157
(6
), H643
–H646
(2010
).39.
O.
Tabata
, R.
Asahi
, H.
Funabashi
, K.
Shimaoka
, and S.
Sugiyama
, Sens. Actuators, A
34
(1
), 51
–57
(1992
).40.
F.
Laermer
, A.
Schilp
, K.
Funk
, and M.
Offenberg
, in Proceedings of the IEEE Micro-Electronics
(IEEE
, New York
, 1999
), pp. 211
–216
.41.
H. R.
Philipp
and E. A.
Taft
, Phys. Rev.
113
(4
), 1002
–1005
(1959
).42.
S. S.
Verbridge
, H. G.
Craighead
, and J. M.
Parpia
, Appl. Phys. Lett.
92
(1
), 013112
(2008
).43.
S. S.
Verbridge
, J. M.
Parpia
, R. B.
Reichenbach
, L. M.
Bellan
, and H. G.
Craighead
, J. Appl. Phys.
99
(12
), 124304
(2006
).44.
S. S.
Verbridge
, D. F.
Shapiro
, H. G.
Craighead
, and J. M.
Parpia
, Nano Lett.
7
(6
), 1728
–1735
(2007
).45.
D. J.
Wilson
, C. A.
Regal
, S. B.
Papp
, and H. J.
Kimble
, Phys. Rev. Lett.
103
(20
), 207204
(2009
).46.
I.
Wilson-Rae
, R. A.
Barton
, S. S.
Verbridge
, D. R.
Southworth
, B.
Ilic
, H. G.
Craighead
, and J. M.
Parpia
, Phys. Rev. Lett.
106
(4
), 047205
(2011
).47.
V.
Sazonova
, Y.
Yaish
, H.
Ustunel
, D.
Roundy
, T. A.
Arias
, and P. L.
McEuen
, Nature
431
(7006
), 284
(2004
).48.
P.
Poncharal
, Z. L.
Wang
, D.
Ugarte
, and W. A.
de Heer
, Science
283
(5407
), 1513
–1516
(1999
).49.
B.
Reulet
, A. Y.
Kasumov
, M.
Kociak
, R.
Deblock
, I. I.
Khodos
, Y. B.
Gorbatov
, V. T.
Volkov
, C.
Journet
, and H.
Bouchiat
, Phys. Rev. Lett.
85
(13
), 2829
–2832
(2000
).50.
R.
Gao
, Z. L.
Wang
, Z.
Bai
, W. A.
de Heer
, L.
Dai
, and M.
Gao
, Phys. Rev. Lett.
85
(3
), 622
–625
(2000
).51.
S. T.
Purcell
, P.
Vincent
, C.
Journet
, and V. T.
Binh
, Phys. Rev. Lett.
89
(27
), 276103
(2002
).52.
V.
Singh
, S.
Sengupta
, H. S.
Solanki
, R.
Dhall
, A.
Allain
, S.
Dhara
, P.
Pant
, and M. M.
Deshmukh
, Nanotechnology
21
(16
), 165204
(2010
).53.
J. S.
Bunch
, A. M.
van der Zande
, S. S.
Verbridge
, I. W.
Frank
, D. M.
Tanenbaum
, J. M.
Parpia
, H. G.
Craighead
, and P. L.
McEuen
, Science
315
(5811
), 490
–493
(2007
).54.
J. S.
Bunch
, S. S.
Verbridge
, J. S.
Alden
, A. M.
van der Zande
, J. M.
Parpia
, H. G.
Craighead
, and P. L.
McEuen
, Nano Lett.
8
(8
), 2458
(2008
).55.
R. A.
Barton
, B.
Ilic
, A. M.
van der Zande
, W. S.
Whitney
, P. L.
McEuen
, J. M.
Parpia
, and H. G.
Craighead
, Nano Lett.
11
(3
), 1232
–1236
(2011
).56.
S.
Shivaraman
, R. A.
Barton
, X.
Yu
, J.
Alden
, L.
Herman
, M. V. S.
Chandrashekhar
, J.
Park
, P. L.
McEuen
, J. M.
Parpia
, H. G.
Craighead
, and M. G.
Spencer
, Nano Lett.
9
(9
), 3100
(2009
).57.
J. T.
Robinson
, M.
Zalalutdinov
, J. W.
Baldwin
, E. S.
Snow
, Z. Q.
Wei
, P.
Sheehan
, and B. H.
Houston
, Nano Lett.
8
(10
), 3441
(2008
).58.
A.
Eichler
, J.
Moser
, J.
Chaste
, M.
Zdrojek
, I. W.
Rae
, and A.
Bachtold
, Nat. Nanotechnol.
6
(6
), 339
–342
(2011
).59.
X.
Liu
, J. F.
Vignola
, H. J.
Simpson
, B. R.
Lemon
, B. H.
Houston
, and D. M.
Photiadis
, J. Appl. Phys.
97
(2
), 023524
(2005
).60.
T.
Mattila
, J.
Kiihamäki
, T.
Lamminmäki
, O.
Jaakkola
, P.
Rantakari
, A.
Oja
, H.
Seppä
, H.
Kattelus
, and I.
Tittonen
, Sens. Actuators, A
101
(1–2
), 1
–9
(2002
).61.
A. E.
Franke
, J. M.
Heck
, K.
Tsu-Jae
, and R. T.
Howe
, J. Microelectromech. Syst.
12
(2
), 160
–171
(2003
).62.
R. B.
Bhiladvala
and Z. J.
Wang
, Phys. Rev. E
69
(3
), 036307
(2004
).63.
M.
Karnezos
, J. Vac. Sci. Technol., B: Microelectron. Nanometer Struct.
4
(1
), 226
–229
(1986
).64.
E.
Forsen
, G.
Abadal
, S.
Ghatnekar-Nilsson
, J.
Teva
, J.
Verd
, R.
Sandberg
, W.
Svendsen
, F.
Perez-Murano
, J.
Esteve
, E.
Figueras
, F.
Campabadal
, L.
Montelius
, N.
Barniol
, and A.
Boisen
, Appl. Phys. Lett.
87
(4
), 043507
(2005
).65.
S.
Mochizuki
, A.
Sakai
, N.
Taoka
, O.
Nakatsuka
, S.
Takeda
, S.
Kimura
, M.
Ogawa
, and S.
Zaima
, Thin Solid Films
508
(1–2
), 128
–131
(2006
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.