Local electric field enhancement at the heterojunction region of SiGe/Si axially heterostructured nanowires

Abstract

En este trabajo se presenta un nuevo fenómeno de amplificación del campo electromagnético en la zona de la heterounión de NWs con heterouniones axiales de SiGe/Si, cuando son iluminados por un haz láser. La distribución del campo electromagnético se detecta por espectroscopía micro Raman, revelando una amplificación de la señal Raman producida en la región de la heterounión. En concreto, para la señal Raman por unidad de volumen producida por la heterounión, se observa una amplificación de en torno a 10 veces con respecto a la señal de los segmentos homogéneos. La reproducibilidad de este efecto se ha corroborado realizando medidas sobre NWs con distinta estructura y composición, e incluso crecidos por diferentes grupos, obteniendo resultados equivalentes. Para explorar la física detrás de este fenómeno se han resuelto las ecuaciones de Maxwell para la interacción luz/NW utilizando elementos finitos (FEM). Para ello se ha diseñado un modelo tridimensional del sistema en estudio, calculando la distribución del campo electromagnético en el interior del NW, y derivando la señal Raman que produciría dicha distribución. El modelo muestra una localización y amplificación del campo electromagnético en la zona de la unión; sin embargo, los valores teóricos no reproducen la amplificación observada experimentalmente, lo que sugiere la existencia de un mecanismo más complejo que la simple interacción de la luz con un NW dieléctrico. En una versión mejorada del modelo se incluye el efecto de los portadores fotogenerados sobre la respuesta óptica del NW, consiguiendo una mayor amplificación y logrando reproducir los valores experimentales. La presencia de estos portadores fotoinducidos se ha comprobado realizando medidas sobre NWs de Si cuya superficie ha sido modificada por ataque químico. La modificación de la estructura de la superficie induce un cambio en la dinámica de portadores, que se reflejaría en una variación de la señal Raman. Los resultados obtenidos reproducen de manera satisfactoria el comportamiento que preveía la teoría al considerar presencia de portadores fotogenerados.