پاسخ زمانی و مدل‌ مداری آشکارساز نوری مبتنی بر ساختار لایه‌های گرافنی نانوروبان گرافن لایه‌های گرافن

پاسخ زمانی و مدل‌ مداری آشکارساز نوری مبتنی بر ساختار لایه‌های گرافنی نانوروبان گرافن لایه‌های گرافنی
نوع فایل: word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات : 105 صفحه

چکیده
هدف از این تحقیق ارائه‌ی پاسخ زمانی آشکارساز نوری مبتنی بر لایه‌های گرافنی و نانوروبان گرافن است. لزوم افزایش گستره‌ی محدوده‌ی طول موج تحت پوشش آشکارساز و توسعه‌ی کاربری در کنار کاهش هزینه در فرآیند تولید، انگیزه‌ی اصلی برای پیشرفت ساختارهای با ابعاد کوچک می‌باشد. گرافن به دلیل طیف انرژی بدون شکاف، پرتوی الکترومغناطیسی را از محدوده طیفی تراهرتز تا فرابنفش را جذب می‌کند. بازده کوانتومی ‌نسبتا بالا در انتقالات بین باندی گرافن و به خصوص در ساختار گرافن چندلایه، ابداع آشکارسازهای نوری تراهرتز و زیر قرمز مناسب و جدید را گسترش داده است. چندین مدل از آشکارسازهای IR/THz با به کارگیری ساختار یک و چند لایه به همراه ساختارهای نانوروبان گرافن پیشنهاد، ارزیابی و به صورت تجربه مطالعه شده‌اند. اما علیرغم تلاش‌هایی که شده است هنوز محدوده سرعت نهایی این افزاره‌ها مشخص نیست. در این رساله، ما به بررسی آشکارساز نوری گرافنی می‌پردازیم که از دو ناحیه از لایه‌های گرافنی(GLs) بدون شکاف انرژی که ناخالص ‌نشده است (نوع i ) تشکیل شده اند. این نواحی جذب توسط اتصالات طرفین تغذیه می‌شوند و به وسیله‌ی یک نانوروبان گرافن (GNR) به هم متصل شده‌اند. در این افزاره جذب توسط لایه‌های گرافنی انجام می‌شود که باعث افزایش چگالی الکترون و حفره در این نواحی می‌شود. این پدیده منجر به جریان الکترون و حفره به صورت ترمویونی در دو طرف سد پتانسیلی شکل گرفته در نانوروبان گرافن می‌شود و جریان نوری ایجاد می‌شود. حضور نانوروبان گرافن و سد پتانسیل مربوط به آن باعث کاهش جریان تاریک می‌شود. در لایه‌های گرافنی که تحت تابش قرار گرفته‌اند، بخش اعظم انرژی نوری جذب‌شده به انرژی الکترون- حفره‌ها منتقل می‌شود که معمولا این منجر به گرم شدن سیستم الکترون- حفره می‌شود. در نتیجه فونون‌های نوری گسیل‌شده توسط الکترون و حفره‌هایی که به وسیله نور تولید شده‌اند، در لایه‌های گرافنی انباشته می‌شوند. بنابراین به نظر می‌رسد به حساب آوردن گرمای فونون‌های نوری غیر قابل صرف نظر باشد. پس نرخ تولید و فرسایش فونون‌های نوری نیز در معادلات نرخ باید در نظر گرفته شود. در این رساله پاسخ زمانی آشکارساز نوری مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL را با به دست آوردن معادله نرخ ارائه شده است و نتایج نشانگر آن است که در فرکانس‌های بالا این آشکارساز نوری پاسخ سریع‌تری دارد و در فرکانس‌های پایین دارای پاسخ نوری مطلوب‌تری می‌باشد.


فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست جدول‌ها ‌ح
فهرست شکل‌ها ‌ط
فصل ۱- مقدمه 1
۱-۱- ویژگی‌های گرافن 2
۱-۲- معرفی آشکارساز نوری مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL 5
۱-۳- پیکربندی پایان‌نامه 8
فصل ۲- مروری بر تحقیقات انجام شده 11
۲-۱- خلاصه پیشینه پژوهشی 11
۲-۱-۱- تاریخچه مختصری از گرافن و فرآیندهای فیزیکی آن تحت تابش 11
۲-۱-۲- خلاصه تحقیقات انجام گرفته بر روی آشکارسازهای نوری گرافنی 14
۲-۲- دینامیک حامل‌های فوق سریع در گرافن پمپ شده به صورت الکتریکی یا نوری 18
۲-۳- نرخ تولید و بازترکیب حامل‌ها برای پراکندگی فونون درون‌دره‌ای و بین دره‌ای در گرافن 21
۲-۳-۱- مبانی نظری 22
۲-۳-۲- نتیجه محاسبات نرخ تولید و بازترکیب 24
۲-۴- فرآیند تولید و بازترکیب حامل‌ها و آسایش انرژی در گرافن تحت تابش 25
فصل۳- تحلیل زمانی آشکارساز مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL 32
۳-۱- گرافن 32
۳-۲- شبکه مستقیم 36
۳-۳- شبکه ی معکوس 37
۳-۴- ساختار باندی الکترونیکی 39
۳-۵- پراکندگی انرژی تنگ بست 42
۳-۶- انرژی فرمی 44
۳-۷- پراکندگی خطی انرژی و چگالی حامل‌ها 45
۳-۸- نانوروبان گرافن 49
۳-۹- دینامیک آسایش حامل‌ها و بازترکیب در پمپ نوری گرافن 50
۳-۱۰- وارونگی جمعیت در گرافن تحت پمپ نوری 51
۳-۱۰- ۱- بررسی وضعیت با دمای الکترونیکی پایین 51
۳-۱۰-۲- بررسی وضعیت با دمای الکترونیکی بالا 53
۳-۱۱- تحلیل آشکارساز نوری زیر قرمز مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL 53
۳-۱۱- ۱- مدل دیود نوری GL-GNR-GL و معادلات مربوطه 56
۳-۱۱-۲- جریان نوری و جریان تاریک 58
۳-۱۲- معادلات مربوط به پاسخ ضربه 59
۳-۱۳- پاسخ زمانی به تابع پله 65
۳-۱۴ پاسخ زمانی به پالس 68
فصل ۴- نتیجه‌گیری و پیشنهادها 71
۴-۱- نتیجه‌گیری 71
۴-۲- پیشنهادها 72
فهرست منابع: 73