تبلیغات
Code center
صفحه نخست پروفایل طراح کد تماس با ما پشتیبانی آنلاین
علمى
یونیسف

وبسایت علمی حامی یونیسف

UNICEF Logo

unicef_logo_farsi

آخرین مطالب

» معرفة و نکرة ( شنبه 9 اردیبهشت 1396 )
» تاثیر شیر در بدنسازی ( چهارشنبه 6 اردیبهشت 1396 )
» طرز تهیه و ساخت مکمل خانگی ( چهارشنبه 6 اردیبهشت 1396 )
» رئیس علی دلواری ( سه شنبه 8 تیر 1395 )
» دیدن عدد پی با 4 میلیون رقم اعشار آن در یک تصویر! ( پنجشنبه 24 دی 1394 )
» روز چطور 24 ساعت شد ؟ ( پنجشنبه 24 دی 1394 )
» فرم پیش خرید بسته آموزش دبیره ها و آموزه های پارسی باستان ( چهارشنبه 28 مرداد 1394 )
» حمایت وبسایت علمی از یونیسف ( سه شنبه 27 مرداد 1394 )
» unicef یونیسف ( دوشنبه 12 مرداد 1394 )
» دانلود نسخه هک شده بازی کلش آو کلنز ( شنبه 3 مرداد 1394 )
» جهش در ژن USP9Xو اختلال در کار سلول های طبیعی مغز ( چهارشنبه 31 تیر 1394 )
» داروهای خانگی برای خلط ( یکشنبه 31 خرداد 1394 )
» آیا ابن‌سینا را هم هپلی‌ هپو کردند؟ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» نخستین CD تاریخ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس های محلی اقوام ایرانی ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس زنان در ایران 2 ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس زنان در ایران 1 ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» تاریخچه عکاسی و اختراع کداک ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» انتخاب رنگ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» دایره رنگ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» آزمون تعیین سطح انگلیسی ( جمعه 29 خرداد 1394 )
» آداب و رسوم جشن سده ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» تاریخچه کامل نوروز ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» تولید ابریشم از پیش رنگ شده توسط کرم‌ها! ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» شبیه‌ساز تولد، متخصصان مامایی را در طول زایمان همراهی می‌کند ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» نانوذرات این بار به کمک بیماران قلبی می‌آین ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» دستگاه کوچکی که می‌تواند تنظیم‌کننده‌ی ضربان قلب را از طریق ضربان قلب شارژ کند ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» دنیای خارق‌العاده حشرات ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» آیا تکامل انسان سرانجام متوقف شده است؟ ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» شکوه، سقف و دیگر هیچ ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )

آمار بازدید

کل بازدید ها :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل مطالب :
آخرین بروز رسانی :

زیر شاخه های علمی


اخبار علمی


وقت فوتبال


تبلیغات متنی

HELLO.WELCOME TO MY WEB MY NAME IS MEHRDAD ZANGENEH I LOVE YOU!!!

.

علمی
درباره ما


علمی سایتی با مطالب علمی متنوع و جالب برای همه ی سنیس
ایجاد کننده علمی :مهرداد زنگنه

به سایت علمی خوش آمدید


  • تاریخ ارسال : شنبه 9 فروردین 1393, 04:23 بعد از ظهر

3-کاربرد پلاسمونیک در آشکارسازهای نوری
امروزه، پلاسمونیک در زمینه های مختلفِ ادوات نوری و الکترونیکی کاربردهای گسترده ای دارد. به عنوان مثال می توان از کاربرد پلاسمونیک در سلول های خورشیدی، موجبرها، ادوات ذخیره سازی اطلاعات، تولید نور (لیزرها و LEDها) و همچنین در کاربردهای پزشکینام برد. یکی از زمینه های کاربرد پلاسمونیک، ساخت آشکارسازهای نوری با راندمان و سرعت بالا است. در این قسمت به بررسی چند نمونه از کارهای انجام شده در زمینه کاربرد پلاسمونیک در آشکارسازهای نوری پرداخته می شود.
در سال 2004 نشان داده شد که با قرار دادن یک لایه نیمه هادی جاذب نور در حد نانو، بین دو الکترود با فاصله کم، می توان به یک آشکارساز MSM با راندمان بیش از 50% و فرکانس قطع بزرگتر از 300 GHz دست یافت. ساختار استفاده شده مانند شکل6، است. در این ساختار، از رشته های نیمه هادی در حد نانو بین رشته های فلزی با سطح مقطع کوچکتر از λ/8 استفاده شده است. طول متوسط حرکت آزاد بارها 50nm است و همچنین سطح مقطع رشته ها 40×100nm می باشد. نوسانات SPP بین توری پراش (صفحات متناوب در راستای انتشار موج) فلزی بالایی و پایینی ساختار که برای این نوسانات به صورت آیینه عمل می کند، به دام افتاده و باعث می شوند تا بیشترین انرژی در نزدیکی روزنه ها متمرکز شود. نتایج به دست آمده نشان داد که با ساختار شکل 6، می توان به صورت تئوری، به راندمان 75% و فرکانس قطع 500 GHz دست یافت. این ساختار برای طول موج 800nm طراحی شده است
[10].

filereader.php?p1=main_1174a169ccec8a383
شکل 6- ساختار استفاده شد توسط کالین (Collin).

در سال 2006، از خاصیت پلاسمون های سطحی برای افزایش نسبت سیگنال به نویز یک آشکارساز نوری در فرکانس های مادون قرمز میانی، از طریق بهبود جذب، استفاده شد. شکل(7) ساختار استفاده شده را نشان می دهد. این آشکارساز شامل یک روزنه، در یک ورقه فلزی است که با ماده نیمه هادی جذب کننده نور پر شده است. جذب نور در روزنه، بوسیله تشدیدهای Fabry-Perot بهبود داده می شود و بهبود بیشتر، بوسیله ایجاد شیارهای پریودیک اطراف روزنه انجام می گیرد که با تحریک SPها، انرژی الکترومغناطیسی به سمت روزنه منتقل می شود

filereader.php?p1=main_ed12b36e4434c83b7
شکل 7- ساختار آشکارساز نوری برای فرکانس های مادون قرمز میانی. این ساختار از یک روزنه در ورقه فلزی تشکیل شده است، که این ورقه فلزی حاوی شکاف هایی برای تحریک پلاسمون های سطحی ایجاد شده،می باشد.

این آشکارساز برای طول موج 9.8µm طراحی شده است و ابعاد روزنه ها و توری پراش فلزی و همچنین تعداد توری ها به گونه ای انتخاب شده است که در طول موج 980nm تشدید Fabry-Perot و تحریک SP با هم ایجاد شوند. نتایج نشان می دهد که با ساختار ارائه شده، تا 250 برابر بهبود جذب در واحد حجم ماده نیمه هادی، نسبت به آشکارسازهای متداول در طول موج مشابه، حاصل شده است. در شکل 7، زیرلایه شامل یک ماده اکسید با شاخص کم (ε=2.25) است که روی آن ورقه ای از طلا رونشانی شده است.
ماده نیمه هادی که روزنه ساختار شکل 7 را پر می کند، HgCdTe است. طول ورقه طلا بی نهایت فرض شده است اما تعداد شکاف های روی آن محدود است. نتایج شبیه سازی ساختار شکل 7 به ازای پارامترهای مختلفدر شکل 8، نشان داده شده است. در شکل 8 الف، دو پیک مشاهده می شود که نشان می دهد تحریک پلاسمون های سطحی و تشدید Fabry-Perot با هم و در یک فرکانس رخ نمی دهد. در شکل 8 ب پارامترها طوری بهینه شده اند که این دو در یک طول موج، همزمان رخ داده و در نتیجه میزان جذب نور بیشتر می شود. پارامتر Ng تعداد شکاف های موجود در ورقه طلا را نشان می دهد[11].
در سال 2007، یک طراحی بهینه برای MSM-PD هایی با الکترودهای شانه¬ای با ابعاد زیر طول موج ارائه داده شد که در آن از یک چاه کوانتومی ( (QW) Quantum Well)GaInNAs تنها، به عنوان لایه جذب کننده استفاده شد[5]شکل 9 ساختار ارائه شده را نشان می دهد. تحریک SP ها در مرز نیمه هادی و فلز، باعث بهبود قدرت میدان در نزدیکی الکترودها شده و به تبعِ آن باعث افزایش جذب درQW می شود. این موضوع سبب می شود تا هم پاسخ الکتریکی سریع ترو هم راندمان کوانتومی بالاتری به دست آید. در این ساختار با تناوب توری پراش820nm و پهنای الکترود 460nm،جذب نور با پلاریزاسیون صفحه ای (P- Polarized) در QW، نسبت به حالتی که الکترودی وجود ندارد، تا 16 برابر افزایش می یابد.(شکل 10-الف). 

filereader.php?p1=main_38b628bd57a2d715a
شکل 8-  نمودار جذب آشکارساز بر حسب طول موج الف)α=7.15µm, L=1.0µm, w=50nm, b=0.5µm, d=0.425µm, Ng=15. ب)L=1.0µm, w=50nmNg=15, α=9.8µm و .d=0.6µm

filereader.php?p1=main_230ee1d539e04512a
شکل 9- ساختار MSM-PDارائه شده توسط هتریچ (Hetterich) که در آن از تحریک¬های SP برای بهبود جذب، استفاده شده است.


این موضوع، نشان می دهد که وجود الکترودها نه تنها مانعی برای جذب نور در نیمه هادی نیست، بلکه با استفاده از خاصیت SP باعث بهبودِ جذب نیز می شود. نتایج نشان می دهد که با افزایش عرض الکترودها (W) (کاهش فاصله بین آنها (d))، پیک جذب در QW به سمت انرژی های پایین تر شیفت پیدا می کند (شکل 10-ب). بیشترین جذب برای عرض 460nm رخ داده است که معادل با طول موج جذبی 1030nm است.

filereader.php?p1=main_b5496539635d95049
شکل 10- نتایج شبیه سازی ساختار MSM پلاسمونیک بهینه شده. الف. بهبود 16 برابری ضریب جذب. ب. شیفت در پیک جذب به ازای پهناهای مختلف الکترودها.

در سال 2008، یک ساختار توری پراش دایره ای برای بهبود نسبت سیگنال به نویز یک آشکارساز مادون قرمز، پیشنهاد داده شد[12]. شبیه سازی ها نشان داد که نسبت سیگنال به نویز در این ساختار تا 5.2 برابر بهبود می یاید، در حالیکه برای توری پراش خطی حداکثر 1.7 برابر بهبود حاصل می شود. ضریب جذب در ساختار توری پراش دایره ای، 400 برابر نسبت به حالت بدون توری پراش بیشتر شده است.
در سال 2010، یک ساختار آشکارساز MSM باتوری پراش فلزی مانند شکل 11 پیشنهاد داده شد [13
]. تشعشعات SPP بوجود آمده در مرز نیمه های و فلز توری پراش شده، باعث می شود تا ضریب جذب نسبت به MSM هایی با روزنه زیر طول موج و بدون توری پراش فلزی، 16 برابر بهبودپیدا کند. عوامل موثر در ضریب جذب عبارتند از: تعداد توری پراش، دوره تناوب توری پراش، پهنا و ارتفاع روزنه و ارتفاع توری پراش ها. نتایج ارائه شده نشان داد که هرچه ارتفاع و ضخامت روزنه کمتر شود ضریب جذب بیشتر می شود. همچنین، تغییرات پهنای اولین توری پراش فلزی علاوه بر تاثیر بر ضریب جذب، باعث شیفت در طول موجِ پیکِ جذب می شود. 

filereader.php?p1=main_a3e692ea68c5a13c9
شکل 11- ساختار ارائه شده توسط تن (Tan).

جدول 1، مقادیر بهینه شده برای ساختار شکل 11 را در طول موج 980nm نشان می دهد. همچنین نشان داده شد که تاثیر توری پراش فلزی بر روی ضریب جذب به ازای تعداد توری پراش های بیشتر از 5 عدد (Ng > 5)، اشباع می شود.

جدول1-مقادیر بهینه شده برای شکل 11.

پارامترمقدار بهینه شده برای طول موج 980nm
hgارتفاع توری پراش فلزی100nm
Xdپهنای روزنه50nm
Lارتفاع روزنه100nm
Xmتوری پراش فلزی300nm
Ngتعداد توری پراش5

نسبت بهبود ضریب جذب16 برابر


برای بهبود بیشتر ضریب جذب، درسال 2010، یک ساختار MSM پلاسمونیک با دولایه توری پراش مانند شکل 12، بر پایه ساختار شکل 11، پیشنهاد داده شد[14]. نتایج ارائه شده نشان داد که ضریب جذب نسبت به ساختار MSM با روزنه زیر طول موج و بدون توری پراش، 25 برابر بهبود پیدا کرده است. جدول (2)، مقادیر بهینه شده ساختار شکل (12) را برای طول موج 980nm نشان می دهد.
در سال 2011، تاثیر شیفت فاز اولین توری پراش و ذوزنفه ای بودن توری پراش فلزی، در ساختاری مانند شکل 13، به صورت تئوری و عملی بررسی شد و نشان داده شد که در عمل، شکل توری پراش ها به جای مستطیلی بودن، ذوزنقه ای است. نتیجه افزایش شیفت فاز و ذوزنقه ای بودن توری پراش ها، کاهش ضریب جذب آشکارساز MSM است. شیفت فاز به صورت رابطه (1) تعریف می شود که با افزایش آن علاوه بر کاهش ضریب جذب، طول موج جذبی به سمت طول موج های پایین تر شیفت پیدا می کند[15]:

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820

filereader.php?p1=main_a2fa17de76051e958
شکل 12- ساختار توری پراش دوتایی ارائه شده توسط تن (Tan).



جدول 2-مقادیر بهینه شده برای ساختار شکل 12.

پارامترمقدار بهینه شده برای طول موج 980nm
Xmpچرخه ی وظیفه توری پراش بالایی0.5
Xmپهنای اولین توری پراش بالایی300nm
Xdپهنای روزنه زیر طول موج50nm
Xbmpچرخه ی وظیفه توری پراش پایینی0.5
Xbdpپهنای اولین توری پراش پایینی50nm
hgارتفاع توری پراش بالایی60nm
Lارتفاع روزنه زیر طول موج100nm
hارتفاع توری پراش پایینی60nm
Λتناوب توری پراش بالایی950nm
Λbتناوب توری پراش پایینی200nm



filereader.php?p1=main_09385a3eab132e388
شکل 13- ساختار مورد بررسی توسط داس (Dass).

و بالاخره در سال 2013، پیشنهاد داده شد که به جای استفاده از ساختار توری پراش دوتایی، از یک ساختار مشابه با شکل 14 استفاده شود که در آن به جای استفاده از لایه توری پراش دوم از نانو ذرات (NP) Nano Particle)، استفاده شده است[16].تشعشعات پلاسمونیک در این NPها باعث بهبود بیشتر ضریب جذب می شود. نتایج ارائه شده نشان داد که ضریب جذب نسبت به MSMهای معمولی، 28 برابر و نسبت به MSM با نانوتوری پراش فلزی و روزنه زیر طول موج، 3.5 برابر بهبود یافته است. نانوذرات مورد استفاده، نانو ذرات طلا و نقره می باشند که نانوذرات نقره،ضریب جذب بالاتری دارند.

filereader.php?p1=main_2760c79001bf5c5a3
شکل14-  ساختار MSM پلاسمونیک با یک لایه توری پراش فلزی، روزنه زیر طول موج و نانو ذرات.


4-نتیجه
امروزه ساختار آشکارسازهای نوری فلز-نیمه هادی- فلز، به دلیل راندمان بالاتر و فرآیند ساخت ساده تر و همچنین پهنای باند بیشتر نسبت به آشکارسازهای نوری متداول، توجه زیادی را در زمینه مخابرات نوری و مدارات مجتمع نوری به خود جلب کرده است. یکی از محدودیت های افزایش سرعت پاسخ و کاهش ابعادMSM-PDها، بهینه سازی بین سرعت پاسخ و حساسیت است. در سال های اخیر با استفاده از علم پلاسمونیک، ساختارهای MSM-PD های جدیدی ارائه شده¬اند. به طور کلی این آشکارسازها از سه جزء: زیرلایه جاذب نور، توری پراش فلزی و روزنه زیرِ طول موج تشکیل می شوند. ساختارهای MSM-PD های پلاسمونیک، نسبت به MSM-PD های معمولی، یعنی MSM-PD هایی بدون توری پراش فلزی و روزنه زیر طول موج، تا چند ده برابر افزایش ضریب جذب نور در لایه فعال را دارند در حالی که روزنه عبور نور در این ساختارها دارای پهنایی در حدود چند ده تا صد نانومتر است. ابعاد بسیار کوچک MSM-PD های پلاسمونیک، یکی از بخش های مهم برای دستیابی به مدارات مجتمع نوری است.


ادامه مطلب
تبلیغات

<
علمی
علمی
علمی