Propriétés électroniques de nanofils de silicium obtenus par croissance catalysée

For a bottom-up approach, the catalysed growth of nanowires opens the way for numerous applications: vertical nano-transistors with a surrounding gate, core-shell heterostructures and so on... With these new devices, new questions emerge concerning catalyst or surface influences on the nanowire electronic properties. My work, based on a spectroscopic study with photoluminescence experiments underlined the predominant role of the surface on the electronic properties of nanowires. The surface state passivation allowed to observe the radiative recombination of free carriers of a dense phase: the electron-hole liquid, in gold- and copper-catalysed nanowires. This liquid phase has the singularity to be stable and its density is constant. This property is unique in semiconductors and led to a quantitative study of the influence of the surface via a modification of the surface/volume ratio. An original method for the surface recombination velocity (SRV) measure has been developed and very low SRV have been measured which is linked to an efficient passivation of surfaces states. The volume properties of gold-catalysed nanowires were found to be very similar to those of standard bulk silicon used in micro-electronics. Finally, the sacrificial oxidation of silicon allowed to obtain nanowires whose diameter were smaller than 10 nm. The progressive oxidation of nanowires allowed the observation of a shift of the PL line towards lower energy attributed to strains, then the increase of the gap energy is correlated to the carrier quantum confinement.Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs

Single nanowire solar cells beyond the Shockley-Queisser limit

Light management is of great importance to photovoltaic cells, as it determines the fraction of incident light entering the device. An optimal pn-junction combined with an optimal light absorption can lead to a solar cell efficiency above the Shockley-Queisser limit. Here, we show how this is possible by studying photocurrent generation for a single core-shell p-i-n junction GaAs nanowire solar cell grown on a silicon substrate. At one sun illumination a short circuit current of 180 mA/cm^2 is obtained, which is more than one order of magnitude higher than what would be predicted from Lambert-Beer law. The enhanced light absorption is shown to be due to a light concentrating property of the standing nanowire as shown by photocurrent maps of the device. The results imply new limits for the maximum efficiency obtainable with III-V based nanowire solar cells under one sun illumination.Comment: 19 pages, 3 figure

Impact of surfaces on the optical properties of GaAs nanowires

The effect of surfaces on the optical properties of GaAs nanowires is evidenced by comparing nanowires with or without an AlGaAs capping shell as a function of the diameter. We find that the optical properties of unpassivated nanowires are governed by Fermi-level pinning, whereas, the optical properties of passivated nanowires are mainly governed by surface recombinations. Finally, we measure a surface recombination velocity of 3 x 10(3) cm s(-1) one order of magnitude lower than values previously reported for (110) GaAs surfaces. These results will serve as guidance for the application of nanowires in solar cell and light emitting devices

Revealing a Mode Interplay That Controls Second-Harmonic Radiation in Gold Nanoantennas

In this work, we investigate the generation of second- harmonic light by gold nanorods and demonstrate that the collected nonlinear intensity depends upon a phase interplay between di ff erent modes available in the nanostructure. By recording the backward and forward emitted second-harmonic signals from nanorods with various lengths, we fi nd that the maximum nonlinear signal emitted in the forward and backward directions is not obtained for the same nanorod length. We con fi rm the experimental results with the help of full-wave computations done with a surface integral equation method. These observations are explained by the multipolar nature of the second- harmonic emission, which emphasizes the role played by the relative phase between the second-harmonic modes. Our fi ndings are of particular importance for the design of plasmonic nanostructures with controllable nonlinear emission and nonlinear plasmonic sensors as well as for the coherent control of harmonic generations in plasmonic nanostructure

Propriétés électroniques de nanofils de silicium obtenus par croissance catalysée

For a bottom-up approach, the catalysed growth of nanowires opens the way for numerous applications: vertical nano-transistors with a surrounding gate, core-shell heterostructures and so on... With these new devices, new questions emerge concerning catalyst or surface influences on the nanowire electronic properties. My work, based on a spectroscopic study with photoluminescence experiments underlined the predominant role of the surface on the electronic properties of nanowires. The surface state passivation allowed to observe the radiative recombination of free carriers of a dense phase: the electron-hole liquid, in gold- and copper-catalysed nanowires. This liquid phase has the singularity to be stable and its density is constant. This property is unique in semiconductors and led to a quantitative study of the influence of the surface via a modification of the surface/volume ratio. An original method for the surface recombination velocity (SRV) measure has been developed and very low SRV have been measured which is linked to an efficient passivation of surfaces states. The volume properties of gold-catalysed nanowires were found to be very similar to those of standard bulk silicon used in micro-electronics. Finally, the sacrificial oxidation of silicon allowed to obtain nanowires whose diameter were smaller than 10 nm. The progressive oxidation of nanowires allowed the observation of a shift of the PL line towards lower energy attributed to strains, then the increase of the gap energy is correlated to the carrier quantum confinement.Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs

Propriétés électroniques de nanofils de silicium obtenus par croissance catalysée

For a bottom-up approach, the catalysed growth of nanowires opens the way for numerous applications: vertical nano-transistors with a surrounding gate, core-shell heterostructures and so on... With these new devices, new questions emerge concerning catalyst or surface influences on the nanowire electronic properties. My work, based on a spectroscopic study with photoluminescence experiments underlined the predominant role of the surface on the electronic properties of nanowires. The surface state passivation allowed to observe the radiative recombination of free carriers of a dense phase: the electron-hole liquid, in gold- and copper-catalysed nanowires. This liquid phase has the singularity to be stable and its density is constant. This property is unique in semiconductors and led to a quantitative study of the influence of the surface via a modification of the surface/volume ratio. An original method for the surface recombination velocity (SRV) measure has been developed and very low SRV have been measured which is linked to an efficient passivation of surfaces states. The volume properties of gold-catalysed nanowires were found to be very similar to those of standard bulk silicon used in micro-electronics. Finally, the sacrificial oxidation of silicon allowed to obtain nanowires whose diameter were smaller than 10 nm. The progressive oxidation of nanowires allowed the observation of a shift of the PL line towards lower energy attributed to strains, then the increase of the gap energy is correlated to the carrier quantum confinement.Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs

Multimodal reflectivity of CRIGF filters: First experimental observation and modelling

International audienceCavity Resonator Integrated Guided-mode Resonance Filter (CRIGF) are a new class of filtering reflectors whose selected wavelength and spectral width are independent of the angle of incidence unlike GMRF. These particular properties allow both compactness and a high angular acceptance. However, ours studies show that CRIGFs offer simultaneously spectral and modal filtering and we evidence high-spatial-order reflected modes. In this paper, we will present characterization of the spectral and spatial profile that demonstrates the existence of these high-order modes. In addition, we will present a model based on the physical understanding of implied phenomena to explain the experimental results. This model combines coupled-mode modelling and moiré fringes analysis. These modes could be harnessed for simultaneous spatial and spectral laser stabilization, to design and fabricate selective reflectors or outcouplers for spatial mode division multiplexing (SMDM) in few-mode fibers (FMFs) or for particles optical trapping