دکتر عباس ظریفکار
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
پاسخ زمانی و مدل‌ مداری آشکارساز نوری مبتنی بر ساختار لایه‌های گرافنی-نانوروبان گرافن-لایه‌های گرافنی
به کوشش
حمیده‌سادات لطیفی
 
هدف از این پژوهش ارائه‌ی پاسخ زمانی آشکارساز نوری مبتنی بر لایه‌های گرافنی و نانوروبان گرافن می باشد. 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 می کند. 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 می باشد. 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 کوشش‌هایی که شده می باشد هنوز محدوده سرعت نهایی این افزاره‌ها مشخص نیست. در این رساله، ما به مطالعه آشکارساز نوری گرافنی می‌پردازیم که از دو ناحیه از لایه‌های گرافنی(GLs) بدون شکاف انرژی که ناخالص ‌نشده می باشد (نوع i ) تشکیل شده اند. این نواحی جذب توسط اتصالات طرفین تغذیه می شوند و به وسیله‌ی یک نانوروبان گرافن (GNR) به هم متصل شده‌اند. در این افزاره جذب توسط لایه‌های گرافنی انجام می گردد که باعث افزایش چگالی الکترون و حفره در این نواحی می گردد. این پدیده منجر به جریان الکترون و حفره به صورت ترمویونی در دو طرف سد پتانسیلی شکل گرفته در نانوروبان گرافن می گردد و جریان نوری ایجاد می گردد. حضور نانوروبان گرافن و سد پتانسیل مربوط به آن باعث کاهش جریان تاریک می گردد. در لایه‌های گرافنی که تحت تابش قرار گرفته‌اند، بخش اعظم انرژی نوری جذب‌شده به انرژی الکترون- حفره‌ها منتقل می گردد که معمولا این منجر به گرم شدن سیستم الکترون- حفره می گردد. در نتیجه فونون‌های نوری گسیل‌شده توسط الکترون و حفره‌هایی که به وسیله نور تولید شده‌اند، در لایه‌های گرافنی انباشته می شوند. پس 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 بایستی در نظر گرفته گردد. در این رساله پاسخ زمانی آشکارساز نوری مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL را با به دست آوردن معادله نرخ ارائه شده می باشد و نتایج نشانگر آن می باشد 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 1- مقدمه 1
1-1- ویژگی‌های گرافن 2
1-2- معرفی آشکارساز نوری مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL 5
1-3- پیکربندی پایان‌نامه 8
فصل 2- مروری بر تحقیقات انجام شده 11
2-1- اختصار پیشینه پژوهشی 11
2-1-1- تاریخچه مختصری از گرافن و فرآیندهای فیزیکی آن تحت تابش 11
2-1-2- اختصار تحقیقات انجام گرفته بر روی آشکارسازهای نوری گرافنی 14
2-2- دینامیک حامل‌های فوق سریع در گرافن پمپ شده به صورت الکتریکی یا نوری 18
2-3- نرخ تولید و بازترکیب حامل‌ها برای پراکندگی فونون درون‌دره‌ای و بین دره‌ای در گرافن 21
2-3-1- مبانی نظری 22
2-3-2- نتیجه محاسبات نرخ تولید و بازترکیب 24
2-4- فرآیند تولید و بازترکیب حامل‌ها و آسایش انرژی در گرافن تحت تابش 25
فصل3- تحلیل زمانی آشکارساز مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL 32
3-1- گرافن 32
3-2- شبکه مستقیم 36
3-3- شبکه ی معکوس 37
3-4- ساختار باندی الکترونیکی 39
3-5- پراکندگی انرژی تنگ بست 42
3-6- انرژی فرمی 44
3-7- پراکندگی خطی انرژی و چگالی حامل‌ها 45
3-8- نانوروبان گرافن 49
3-9- دینامیک آسایش حامل‌ها و بازترکیب در پمپ نوری گرافن 50
3-10- وارونگی جمعیت در گرافن تحت پمپ نوری 51
3-10- 1- مطالعه وضعیت با دمای الکترونیکی پایین 51
3-10-2- مطالعه وضعیت با دمای الکترونیکی بالا 53
3-11- تحلیل آشکارساز نوری زیر قرمز مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL 53
3-11- 1- مدل دیود نوری GL-GNR-GL و معادلات مربوطه 56
3-11-2- جریان نوری و جریان تاریک 58
3-12- معادلات مربوط به پاسخ ضربه 59
3-13- پاسخ زمانی به تابع پله 65
3-14 پاسخ زمانی به پالس 68
فصل 4- نتیجه‌گیری و پیشنهادها 71
4-1- نتیجه‌گیری 71
4-2- پیشنهادها 72
فهرست منابع: 73

فهرست جدول‌ها

 
 

عنوان صفحه

جدول 3-1 آلوتروپ‌های کربن [46] 33
 
 
 
 

فهرست شکل‌ها

 
 

عنوان صفحه

شکل 1-1 شبکه لانه زنبوری و ساختار باندی انرژی برای گرافن [5]. 3
شکل 1-2 (الف)ساختار دیود نوری GL-GNR-GL ، (ب) دیاگرام انرژی آن تحت ولتاژ بایاس V [9]. 6
شکل 1-3 (الف) ساختار باندی گرافن (ب) توزیع نیمه‌متعادل حامل های برانگیخته شده (ج) پراکندگی حامل- حامل (د) پراکندگی حامل-فونون [12]. 7
شکل 2- 1 ساختار آشکارساز نوری با گرافن چندلایه‌ (الف) نواحی p و n که به صورت شیمایی ناخالص شده‌اند. (ب) پیوند p-i-n به صورت الکتریکی القا شده می باشد [41]. 16
شکل 2- 2 ساختار دیود نوری p-i-n با نانوروبان گرافن (الف) نواحی p و n به صورت الکتریکی القا شده اند. (ب) نواحی p و n به صورت شیمیایی ناخالص شده‌اند [43]. 17
شکل 2-3 دیاگرام باندی فونون در گرافن و برهم‌کنش فونون‌های نوری و حامل‌ها به وسیله‌ی انتقالات بین دره‌ای، درون دره‌ای، بین باندی و درون باندی [7]. 19
شکل 2-4 دینامیک آسایش و بازترکیب حامل‌ها در گرافن پمپ شده به صورت نوری در دمای اتاق [7]. 19
شکل 2-5 وابستگی زمانی (الف) دمای حامل‌ها و (ب) انرژی شبه فرمی با شدت پالس‌های متفاوت [31]. 21
شکل 2-6 (الف) ناحیه بریلویین اولیه. (ب) شبکه گرافن [10]. 23
شکل 2-7 پراکندگی بین باندی درون‌دره‌ای و بین دره‌ای توسط فونون‌های نوری در گرافن [10]. 23
شکل 3-1 چینش الکترون‌ها و تنیدگی آن‌ها در (الف) عنصر کربن و (ب) گرافن. (ج) نمایش اوربیتال‌ها [46]. 33
شکل 3-2 تصویر TEM انتقال نوری قابل توجه گرافن که اتم‌های الکترون و پیوند‌ها در ساختار لانه‌زنبوری را روشن نشان می‌دهد [46]. 34
شکل 3-3 گرافن دو بعدی می‌تواند به عنوان سنگ‌بنای آلوتروپ‌های متنوع در همه‌ی ابعاد شامل گلوله‌های باکی بدون بعد، نانولوله‌های یک بعدی و گرافیت سه بعدی مطالعه گردد [46]. 35
شکل 3-4 شبکه لانه زنبوری گرافن. سلول واحد اولیه متوازی الاضلاع متساوی الاضلاع بر اساس دو اتم A و B می‌باشد [46]. 36
شکل 3-5 شبکه‌ی معکوس گرافن [46]. 38
شکل 3-6 ساختار باندی بدون تقریب گرافن شامل باندهای σ و π [46]. 39
شکل 3-7 مقایسه پراکندگی‌های NNTB و ab-initio برای گرافن [46]. 43
شکل 3-8 ساختار باندی تنگ بست نزدیک‌ترین همسایگی گرافن [46]. 45
شکل 3-9 پراکندگی انرژی خطی گرافن در نقطه‌ی K که به عنوان مخروط دیراک شناخته می گردد [46]. 46
شکل 3-10 چگالی حامل‌های ذاتی برای گرافن [46]. 48
شکل 3-11 ساختار اتمی (الف) نانوروبان گرافن زیگزاگ، (ب) نانوروبان گرافن چرخ‌دستی بار عرض W [5]. 49
شکل 3-12 الف: ZGNR(8) ب: AGNR(9) ج: AGNR(9) [5]. 50
شکل 3-13 نمایش طرح‌واره‌ی ساختار باندی گرافن (الف) و توزیع انرژی الکترون‌ها و حفره‌های نوری (ب-د) [5]. 52
شکل 3-14 ساختار دیود نوری GL-GNR-GL و دیاگرام انرژی آن تحت ولتاژ بایاس V [9]. 55
شکل 3-15 وابستگی زمانی انرژی شبه فرمی با شدت نورهای متفاوت و مقایسه‌ی آن با نتایج مرجع [31]. 61
شکل 3-16 وابستگی زمانی دمای حامل‌ها با شدت نورهای متفاوت و مقایسه‌ی آن با نتایج مرجع [31]. 61
شکل 3-17 تحول زمانی ( الف) انرژی شبه فرمی (ب) تعداد فونون‌های نوری (ج) چگالی انرژی (د) دمای حامل‌ها (ه) جریان نوری (و) تراکم حامل‌ها، با تحریک پالس 100 فمتوثانیه و انرژی فوتون نوری 100 meV. 63
شکل 3-18 تغییرات جریان نوری به ازاء (الف) شدت نورهای مختلف (ب) سد پتانسیل‌های متفاوت از نانوروبان گرافن. 64
شکل 3-19 جریان نوری بر حسب انرژی فوتون و مقایسه با نتیجه‌ی به دست آمده در مرجع [9]. 66
شکل 3-20 تحول زمانی ( الف) انرژی شبه فرمی (ب) تعداد فونون‌های نوری (ج) چگالی انرژی (د) دمای حامل‌ها (ه) جریان نوری (و) تراکم حامل‌ها، با تحریک تابع پله و انرژی فوتون نوری 1eV. 67
شکل 3-21 جریان نوری به ازای سه فرکانس نور متفاوت به صورت پالس. 69
فصل اول
 
 
 
 
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود سمینار کارشناسی ارشد رشته برق:تشخیص چهره انسان

فصل 1- مقدمه

 
 
ادوات نوری شامل لیزرها، مدولاتورها، کوپلرها، آشکارسازها، سوئیچ‌ها و دیگر افزاره‌ها، قلب تحول مخابرات هستند که بخش عظیمی از مهندسی الکترونیک را به خود اختصاص داده‌اند. در این بین آشکارسازهای نوری علاوه بر کاربرد در مخابرات برای تبدیل انرژی نوری به الکتریکی در قسمت گیرنده‌ی فیبر نوری، کاربردهای دیگری نیز دارند. از کاربردهای ساده‌ای مانند درهای خودکار گرفته تا تصویربرداری، کاربردهای فضایی، نظامی و پزشکی.
در میان آشکارسازهای نوری، در بیشتر آشکارسازهای زیر قرمز و افزاره‌های تصویربرداری، ساختارهای نیمه‌هادی با شکاف انرژی باریک نظیر HgCdTe و InSb به کار گرفته شده‌اند. 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[1] مانند چاه‌های کوانتومی[2]، نقطه‌های کوانتومی[3] و سیم‌های کوانتومی[4] در آشکارسازهای نوری شده می باشد [1]. به تازگی مطالعه‌ی افزاره‌های مبتنی بر ترکیبات کربنی مانند نانوتیوب‌ها، لایه‌های گرافنی و نانوروبان‌های گرافن به علت ویژگی‌های منحصر به فردی که دارند، به سرعت در حال افزایش می باشد. در این فصل به عنوان مقدمه آغاز در مورد ویژگی‌های الکترونیکی نوری گرافن تبیین مختصری داده خواهد گردید، سپس به توصیف کلی عملکرد آشکارساز نوری مبتنی بر GL-GNR[5]-GL[6] پرداخته می گردد و در بخش آخر پیکربندی پایان‌نامه ارائه می گردد.

1-1- ویژگی‌های گرافن

 
امروزه بهره گیری از افزاره‌های سیلیکونی در همه‌ی جنبه‌های زندگی ما مشهود می باشد به طوری‌که گفته می گردد در “عصر سیلیکون” قرار داریم. یکی از کاربردهای افزاره‌های سیلیکونی در آشکارسازی نور می باشد اما پیشرفت‌های اخیر در علم نانوفناوری افق‌های روشنی در جهت طراحی افزاره‌های نوری زیر میکرومتری نیز به ما می‌نمایاند. دلیل این ظرفیت بالا برای پیشرفت، قابلیت کار کردن با مولکول‌های منحصر به فرد یا رشد شیمیایی مواد می باشد [2].
با در نظر داشتن اینکه فناوری مبتنی بر سیلیکن به محدودیت‌های خاص خود رسیده می باشد، ماده‌ی جدیدی توجه محققان را به خود جلب کرده می باشد تا جایگزین تأثیر سیلیکن در فناوری نیمه‌هادی گردد. بسیاری از گزینه‌های موجود برای جایگزینی سیلیکن حذف شده‌اند و سیلیکن هنوز معتبرترین ماده نیمه‌هادی موجود برای بهره گیری در این حوزه می باشد. با این حال، هر چه اندازه‌ی افزاره‌های الکترونیکی کوچک‌تر می گردد، سیلیکن به محدودیت‌‌های مقیاسی در افزاره‌ می‌رسد و باور دانشمندان بر این می باشد که در آینده‌ی نزدیک سیلیکن بیش از این نمی‌تواند نیاز کاربردهای الکترونیک فرکانس بالا را در بازار برآورده کند. طبق قانون مور[7] تعداد ترانزیستورها در مدارهای مجتمع در هر دوره‌ی 18ماهه دوبرابر می گردد. با کوچک و کوچک‌تر شدن افزاره‌های نیمه‌هادی مبتنی بر سیلیکن، در حال حاضر فناوری سیلیکن بر روی مرزهای محدودیت‌های اساسی قرار دارد و بعضی معضلات مانند تونل‌زنی در MOSFETها ممکن می باشد بروز کند. پس یک پژوهش کامل برای ایجاد گزینه‌های جایگزین برای فناوری افزاره‌ی حالت جامد بدون هیچ نوع مشکلی در اندازه نیاز می باشد [3].
[1] Low dimensional
[2] Quantum well
[3] Quantum dot
[4] Quantum wire
[5] Graphene nanoribbon
[6] Graphene layer
[7] Moor’s law
***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :104
قیمت : 14700 تومان

***

—-

دسته‌ها: مهندسی برق