دانشکده مهندسی برق وکامپیوتر

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق الکترونیک

محاسبه نویز آشکارسازهای مادون قرمز نقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی به روش عددی

 

استاد راهنما

دکتر محمد حسین شیخی

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

 
محاسبه نویز آشکارسازهای مادون قرمز نقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی به روش عددی
به کوشش
علی محمودی
نویز آشکارسازهای مادون قرمز یکی از پارامترهای مهم و اساسی و همواره یکی از چالش های محققین بوده می باشد زیرا اندازه حساسیت یک آشکارساز را تعیین کرده و یکی از عوامل محدودکننده در عملکرد یک آشکارساز می باشد .در دماهای بالا انرژی گرمایی در مقایسه با انرژی فوتون های ورودی قابل مقایسه می گردد و در نتیجه جریان تاریک که ناشی از گسیل گرما یونی می باشد تشدید می گردد و پس آشکارساز نیاز به مکانیسمی برای خنک شدن دارد تا باعث کاهش نویز گردد که این به نوبه خود سبب افزایش حجم و هزینه آشکارسازها می گردد .ساختارهای مبتنی بر نقاط کوانتمی به دلیل محدودیت حامل ها در سه بعد نسبت به ساختارهای چاه کوانتمی دارای مزایای متعددی مانند نویز کمتر و در نتیجه قابلیت عملکرد در دمای بالاتر دارند.از طرفی تنظیم عیان ساز در جذب یک محدوده طول موج خاص در ساختارهای نقطه کوانتمی با تغییر اندازه و شکل نقاط کوانتمی امکان پذیر می باشد که با در نظر داشتن کنترل سخت در تغییر اندازه نقاط از ساختارهای نقطه در چاه کوانتمی بهره گیری می کنند که به راحتی با تغییر اندازه چاه می توان طول موج خاص را جذب نمود .از طرفی با اضافه کردن سدهای تونلی و اجازه عبور یک طول موج خاص از سدها با در نظر داشتن خاصیت تشدید در سدهای دوتایی می توان نویز آشکارساز را که یک طیف وسیع دارد به اندازه قابل توجهی کاهش داد .در این پایان نامه با بهره گیری از روش عددی ماتریس انتقال(TMM) نویز مربوط به آشکارسازهای نقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی را محاسبه و با نویز آشکارسازهای نقطه کوانتمی معمولی مقایسه می کنیم که کاهش قابل توجهی در نویز این آشکارسازها تاحد دو مرتبه بزرگی نظاره می شو د.
کلید واژگان:آشکارسازهای مادون قرمز نقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی-جریان تاریک-نویز-روش عددی ماتریس انتقال
فهرست مطالب
 
عنوان ………………………………………………………………………………………………………. صفحه
فصل اول:مقدمه ………………………………………………………………………………………………..1
1-1 آشکارسازهای مادون قرمز………………………………………………………………………………..1
1- 2 اختصار پیشینه پژوهشی ………………………………………………………………………………..2
1-3 اظهار مسئله ………………………………………………………………………………………………….7
1-4پیکربندی پایان نامه ……………………………………………………………………………………….9
فصل دوم: آشکارسازهای نوری مبتنی بر نقاط کوانتمی
2-1مقدمه ………………………………………………………………………………………………………..11
2-2نقاط کوانتمی ………………………………………………………………………………………………11
2-3 روشهای ساخت نقاط کوانتمی ……………………………………………………………………….13
2-4ترازهای انرژی نقاط کوانتمی ………………………………………………………………………….15
2-5 آشکارسازهای مادون قرمز نقطه کوانتمی …………………………………………………………17
2-6 آشکارسازهای مادون قرمز نقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی ………………….23
فصل سوم: مدل های فیزیکی محاسبه جریان تاریک آشکارسازهای مادون قرمز کوانتمی
3-1مدل مبتنی برسرعت رانشی حامل ها ………………………………………………………………29
3-2مدل انتشار-گیرش ………………………………………………………………………………………30
3-3مدل دیگر ارائه شده برای جریان تاریک ……………………………………………………………31
 
فصل چهارم: محاسبه احتمال تونل زنی به روش عددی ماتریس انتقال
4-1-1محاسبه ماتریس انتقال پله ……………………………………………………………………….35
4-1-2محاسبه ماتریس انتقال بین پله ها ……………………………………………………………..37
4-1-3 محاسبه ماتریس انتقال کلی …………………………………………………………………….38
4-2 محاسبه چگالی حالات…………………………………………………………………………………39
4-2-1محاسبه چگالی حالات در سه بعد(ماده حجیم) ……………………………………………..39
4-2-2 محاسبه چگالی حالات در دو بعد(چاه کوانتمی) ……………………………………………43
4-2-3 محاسبه چگالی حالات در یک بعد(سیم کوانتمی) …………………………………………44
4-2-4 محاسبه چگالی حالات درصفر بعد(نقطه کوانتمی) ………………………………………..45
4-3محاسبه چگالی جریان تاریک…………………………………………………………………………46
4-4محاسبه نویزجریان تاریک……………………………………………………………………………..47
فصل پنجم: محاسبه نویز آشکارسازهای مادون قرمز نقطه در چاه کوانتمی
5-1 محاسبه چگالی جریان تاریک ……………………………………………………………………….50
5-2 محاسبه چگالی جریان تاریک و نویز در ساختار QDIP ………………………………………51
5-3 محاسبه چگالی جریان تاریک و نویز در ساختار RT-DWELL …………………………….55
5-4نتیجه گیری و پیشنهادات ……………………………………………………………………………..61
مراجع ……………………………………………………………………………………………………………62
 
 
فهرست شکل ها
عنوان …………………………………………………………………………………………………. صفحه
شکل(1-1) تراز های انرژی چاه کوانتمی………………………………………………………………………………….4
شکل(1-2)آشکارساز نقطه کوانتمی…………………………………………………………………………………………5
شکل(1-3)ساختار نقطه در چاه کوانتمی………………………………………………………………………………….6
شکل(1-4) ساختار باند انرژی RT-DWELL…………………………………………………………………………….7
شکل(2-1) ترازهای انرژی گسسته در باند هدایت نقطه کوانتمی………………………………………………….12
شکل(2-2) تصویر نقاط کوانتمی InAs با AFM……………………………………………………………………..13
شکل(2-3) مراحل ساخت نقاط کوانتومی با روش لیتوگرافی……………………………………………………….14
شکل(2-4) تصویر AFM از جزایر InAs…………………………………………………………………………………15
شکل(2-5) ساختار الکترونیکی نقاط کوانتمی خود چیدشی………………………………………………………..16
شکل(2-6) ساختار کامل یک آشکارساز………………………………………………………………………………….17
شکل(2-7) دیاگرام باند انرژی QWIP……………………………………………………………………………………18
شکل(2-8) نمونه تجاری آشکارسازMCT(سمت چپ) و QWIP(سمت راست) ………………………………19
شکل(2-9) دونمونه از گریتینگ برای آشکارسازهایQWIP………………………………………………………..19
شکل(2-10) شماتیک آشکارساز QWIP (سمت چپ) و QDIP (سمت راست) ……………………………..20
شکل(2-11) دیاگرام تراز انرژی DWELL……………………………………………………………………………….22
شکل(2-12)پروفایل باند هدایت آشکارساز RT-DWELL با اعمال بایاس………………………………………23
شکل(2-13)ساختار یک سد پتانسیل…………………………………………………………………………………….25
شکل(2-14) نمودار ضریب انتقال بر حسب انرژی الکترون………………………………………………………..25
شکل(2-15) ساختار سد پتانسل دوتایی………………………………………………………………………………..26
شکل(2-16) نمودار احتمال تونل زنی سد دوتایی با عرض های مختلف……………………………………….26
شکل(2-17) ساختار نقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی در یک ولتاژ بایاس……………………..27
شکل(4-1) پروفایل یک پتانسیل دلخواه که به چند پله تقسیم شده می باشد……………………………………34
شکل(4-2)پله پتانسیل……………………………………………………………………………………………………..35
شکل(4-3) نمودار فضایی بردار موج k…………………………………………………………………………………..40
شکل(4-4)چگالی حالات بر حسب انرژی در سه بعد……………………………………………………………….42
شکل(4-5) نمودار فضای k در دوبعد…………………………………………………………………………………..43
شکل(4-6)چگالی حالات بر حسب انرژی در چاه کوانتمی………………………………………………………..44
شکل(4-7) چگالی حالات برحسب انرژی در سیم کوانتمی………………………………………………………45
شکل(4-8) چگالی حالات برحسب انرژی درنقطه کوانتمی……………………………………………………….45
شکل(5-1)ساختار آشکارساز نقطه کوانتمی معمولی………………………………………………………………..50
شکل(5-2) فرایند های تولیدکننده جریان تاریک در QDIP……………………………………………………..51
شکل(5-3)نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در QDIP ……………………………………..51
شکل(5-4) نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در در دماهای مختلفQDIP …………52
شکل(5-5) نمودار نویز بر حسب میدان الکتریکی ساختار QDIP………………………………………………53
شکل(5-6) نمودار نویز بر حسب میدان الکتریکی در دماهای مختلف ساختار QDIP……………………..53
شکل(5-7) نمودار نویز بر حسب میدان الکتریکی در جند اندازه مختلف نقطه کوانتمی ساختار QDIP.54
شکل(5-8) ساختار آشکارساز RT-DWELL……………………………………………………………………………………………55
شکل(5-9) نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در RT-DWELL …………………………….55
شکل(5-10) نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در QDIPوRT-DWELL …………………56
شکل(5-11) نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در دماهای مختلف در RT-DWELL ….57
شکل(5-12) نمودار نویز جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در RT-DWELL ……………………………….58
شکل(5-13) نمودار نویزجریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در دماهای مختلف در RT-DWELL ……….58
شکل(5-14) نمودار نویز بر حسب ولتاژ بایاس در چند اندازه مختلف نقطه کوانتمی درRT-DWELL ……59
شکل(5-15) نمودار احتمال عبور الکترون ها بر حسب انرژی در ساختار RT-DWELL ………………………60
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فصل اول
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار کارشناسی ارشد برق:طراحی و نوسازی شبکه های ابزار دقیق


مقدمه
1-1   آشکارسازهای مادون قرمز
آشکارساز نوری[1] یک قطعه الکتریکی نوری می باشد که انرژی نور را جذب کرده و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند .آشکارسازی که طیف مادون قرمز را جذب و عیان می نماید آشکارساز مادون قرمز نامیده می گردد .اهمیت آشکارسازهای مادون قرمز در آشکارکردن طیف غیرمرئی نور می باشد که بیشتر اجسام در دمای اتاق به صورت تشعشعات مادون قرمز از خودتابش می کنند .معمولا از محدوده مادون قرمز 5-3میکرومتر در صنایع نظامی]4-1[ ، از محدوده15-8 میکرومتر در تصویر برداری حرارتی[2]]5-2[ و از محدوده بیشتر از 20 میکرومتر در کاربردهای تراهرتز[3] بهره گیری می گردد .آشکارسازهای مادون قرمز به صورت گسترده در سیستمهای مخابرات نوری[4] نیز به کار گرفته می شوند .در زمینه آشکارسازهای مادون قرمز تلاشهای زیادی برای بالابردن کیفیت محصول ، بهبود پارامترهای پاسخ[5] ، آشکارکنندگی[6] و دمای عملکرد و روش ساخت صورت گرفته می باشد .برای رفع معضلات فوق ساختارهای پیشنهادی از حالت حجیم[7] شروع گردید و به ساختارهایی مبتنی بر چاه کوانتمی[8] و در نهایت به ساختارهایی مبتنی بر نقاط کوانتمی[9] توسعه پیدا کرده اند . آشکارساز نقطه کوانتمی در مقایسه با آشکارساز چاه کوانتمی مزیت‌هایی دارد که از آن جمله می‌توان به جریان تاریک[10] کمتر، عدم حساسیت به قطبش نور ورودی، قابلیت کار در دمای بالاتر، قابلیت آشکارسازی و پاسخ‌دهی بالاتر تصریح نمود [6]. با بهره گیری از اثر اندازه کوانتمی و کنترل مواد ترکیبی و ابعاد نقاط کوانتمی قادر خواهیم بود که پاسخ طیفی آشکارسازهای نقطه کوانتمی را در محدوده وسیعی از طیف مادون قرمز کنترل کنیم . به علت مشکل بودن تغییر اندازه نقاط کوانتمی برای کنترل پاسخ طیفی آشکارساز ساختار نقطه در چاه کوانتمی پیشنهاد گردید]7[ که به راحتی با تغییر اندازه چاه کوانتمی میتوان پاسخ طیفی آشکارساز را کنترل نمود .همچنین برای کاهش جریان تاریک آشکارساز، از ساختارنقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی]8[ بهره گیری میگردد که این ساختار جریان تاریک آشکارساز را تا حد زیادی نسبت به آشکارسازهای متداول نقطه کوانتمی کاهش می دهد .به علت اهمیت و تاثیر نویز بر دمای عملکرد آشکارساز در این پایان نامه نویز آشکارسازهای نقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی با روش عددی ارایه وبا ساختارهای قبلی آشکارساز مقایسه خواهد گردید .
1-2خلاصه بیشینه پژوهشی
1- Photodetector
2- Thermal imaging
3-Terahrtz
4-Optical communication
5-Responsivity
6-Detectivity
7-Bulk
8-Quantum well
9-Quantum dot
10-Dark current
 

***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 :91

قیمت : 14700 تومان

***

—-

پشتیبانی سایت :       (فقط پیامک)       serderehi@gmail.com

دسته‌ها: مهندسی برق