IV 族 SiGeSn 核壳纳米线中增强的红外光吸收
材料科学
2018-07-04 v1 光学
摘要
含 Sn 的 Si 和 Ge 合金属于一个新兴的半导体家族，具有影响 IV 族半导体器件的潜力。事实上，独立调控晶格常数和带隙的能力为开发增强型或新型光子、光电子和电子器件提供了前景。基于此视角，我们详细研究了 Ge1-y-xSixSny 层对基于 Si 和 Ge 的异质结构和纳米线光学性质的影响。我们发现，在 Si 或 Ge 上添加一层薄的 Ge1-x-ySixSny 覆盖层可极大地增强光吸收，特别是在近红外范围，从而导致短路电流密度的增加。对于厚度低于 30 nm 的 Ge1-y-xSixSny 结构，预测其短路电流相对于裸 Si 增加了 14 倍。这种增强随着覆盖层厚度的减小而降低。相反，发现减小壳层厚度可改善 Si/Ge1-y-xSixSny 和 Ge/Ge1-y-xSixSny 核/壳纳米线中的短路电流。当增加 Sn 含量时，光吸收变得非常重要。此外，通过利用光学天线效应，这些纳米线显示出极高的光吸收，相对于 Si 或 Ge 纳米线，其增强因子在 Si/Ge0.84Si0.04Sn0.12 中约为~10^4，在 Ge/Ge0.84Si0.04Sn0.12 核/壳纳米线中约为~12。此外，我们分析了在 Si/Ge1-y-xSixSny 核壳纳米线上添加由 Si3N4 组成的介质覆盖层的光学响应，发现对于 45 nm 厚的介质层以及大于 40 nm 的核半径和壳层厚度，短路电流密度增加了约 50%。核/壳光学天线受益于半导体部分泄漏模共振和介质部分抗反射效应所带来的多重增强贡献。
引用
@article{arxiv.1702.00682,
title = {Enhanced IR Light Absorption in Group IV-SiGeSn Core-Shell Nanowires},
author = {Anis Attiaoui and Stephan Wirth and André-Pierre Blanchard-Dionne and Michel Meunier and J. M. Hartmann and Dan Buca and Oussama Moutanabbir},
journal= {arXiv preprint arXiv:1702.00682},
year = {2018}
}
备注
47 pages, 11 figures