A proof of concept of the bulk photovoltaic effect in non-uniformly strained silicon

光伏系统 材料科学 硅 光电效应 半导体 光电子学 光学 表面光电压 带隙 电压 物理 电气工程 光谱学 量子力学 工程类
作者
Costanza Lucia Manganelli,Stefan Kayser,Michele Virgilio
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:131 (12) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0074426
摘要

We numerically investigate non-uniformly strained Si-based systems to demonstrate that when a well focused laser beam locally excites the sample, the lattice distortion, impacting the band edge profile, causes a spatially dependent photovoltaic effect. It follows that, scanning the sample surface with the pump spot, a photovoltage signal can be acquired and used to quantitatively map the non-uniform strain field. To provide numerical evidence in this direction, we combine mechanical simulations with deformation potential theory to estimate the band edge energy landscape of a Si lattice strained by an array of SiN stripes fabricated on the top surface. These data are then used to simulate the voltage signal obtained scanning the sample surface with a normal incident pump beam. Our analysis suggests that strain deformations as small as 0.1% can trigger at room temperature robust photovoltaic signals. These results allow us to envision the development of a fast, cost-effective, and non-destructive setup, which leverages on the bulk-photovoltaic effect to image the lattice deformation in semiconductor crystals.
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