Estudio de nanohilos semiconductores por espectroscopía microraman y microfotoluminiscencia

Abstract

Los nanohilos semiconductores constituyen una plataforma tecnológica para el desarrollo de nanodispositivos optoelectrónicos, fotónicos, sensores y células solares de última generación. Además, presentan grandes ventajas con respecto a los semiconductores planares, ya que, debido a sus propiedades ópticas y térmicas, su elevada relación superficie-volumen y la relajación eficaz de las tensiones debidas a la diferencia de parámetros de red permiten hacer heterouniones no permitidas en la tecnología planar. De este modo, se pueden combinar materiales con parámetros de red muy diferentes entre sí, sin la aparición de defectos estructurales, dislocaciones, faltas de apilamiento…, los cuales empeoran la calidad y eficiencia de los dispositivos. Es muy importante conocer las propiedades de los nanohilos semiconductores debido a su potencial en una amplia gama de aplicaciones tecnológicas, ya que ofrecen características únicas que pueden mejorar el rendimiento de los dispositivos optoelectrónicos. Una de las propiedades más importantes de los nanohilos es el hecho de que se comportan como antenas ópticas, es decir, son capaces de colectar y amplificar el campo electromagnético en el rango espectral óptico. Esto nos va a permitir la caracterización óptica de nanohilos individuales a pesar de su escaso volumen. Los estudios de nanohilos semiconductores mediante espectroscopía Raman revelan distintas resonancias asociadas con la forma del nanohilo (diámetro y longitud), y con su estructura y composición. En particular, en este TFG se estudiarán nanohilos axialmente heteroestructurados de InP/InGaP para su uso como células solares tándem. Los nanohilos están formados por una célula de InP unida a otra célula de InGaP mediante un diodo túnel; tanto la célula de InP, como la de InGaP, presentan una estructura tipo n-i-p. Dichas muestras provienen del grupo NanoLund, de la Universidad de Lund (Suecia) y poseen un rendimiento del 15%, récord en nanohilos. Se estudiarán muestras con diferente concentración de galio (Ga) con el objetivo de caracterizar los nanohilos, ver diferencias en el perfil de dopado y en la emisión, para lo cual se hará uso de las espectroscopias micro-Raman (μ-R) y micro-fotoluminiscencia (μ-PL).

Semiconductor nanowires constitute a technological platform for the development of optoelectronic, photonic, sensors and solar cells. Besides, they have great advantages over planar semiconductor technologies, as they allow to make heterojunctions not allowed in planar technology. Its nanometric dimension allows to combine materials with different lattice parameters, without the formation of structural defects, dislocations, stacking faults, that degrade the quality and efficiency of the devices. It is very important to investigate the properties of semiconductor nanowires due to their potential in a wide range of technological applications, as they offer unique features that can enhance the performance of optoelectronic devices, sensors, and electronic devices, and contribute to the development of nanodevices and their applications in different fields. One of the most important properties of nanowires is the fact that they behave like optical antennas, they are able to collect and amplify the electromagnetic field in the optical spectral range. This will allow us to optically characterize individual nanowires despite their small volume. Studies of nanowires using Raman spectroscopy reveal different resonances associated with the shape of the nanowire (diameter and length), its structure and composition. This TFG will study axially heterostructured InP/InGaP nanowires for use as tandem solar cells. The nanowires are formed by an InP cell attached to another InGaP cell by a tunnel diode; both the InP cell and the InGaP cell have an n-i-p structure. These samples come from the NanoLund group at Lund University (Sweden) and have a yield of 15%, a record in nanowires. Samples with different Ga (Gallium) concentrations shall be studied using micro-Raman (μ−R) and micro-photoluminescence (μ-PL) spectroscopies.