فهرست مطالب فهرست جدولهاحفهرست شکلهاطفصل 1- مقدمه11-1- ویژگی‌های گرافن21-2- معرفی آشکارساز نوری مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL51-3- پیکربندی پایان‌نامه8فصل 2- مروری بر تحقیقات انجام شده112-1- خلاصه پیشینه پژوهشی112-1-1- تاریخچه مختصری از گرافن و فرآیندهای فیزیکی آن تحت تابش112-1-2- خلاصه تحقیقات انجام گرفته بر روی آشکارسازهای نوری گرافنی142-2- دینامیک حامل‌های فوق سریع در گرافن پمپ شده به صورت الکتریکی یا نوری182-3- نرخ تولید و بازترکیب حامل‌ها برای پراکندگی فونون درون‌دره‌ای و بین درهای در گرافن212-3-1- مبانی نظری222-3-2- نتیجه محاسبات نرخ تولید و بازترکیب242-4- فرآیند تولید و بازترکیب حامل‌ها و آسایش انرژی در گرافن تحت تابش25فصل3- تحلیل زمانی آشکارساز مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL323-1- گرافن323-2- شبکه مستقیم363-3- شبکه ی معکوس373-4- ساختار باندی الکترونیکی393-5- پراکندگی انرژی تنگ بست423-6- انرژی فرمی443-7- پراکندگی خطی انرژی و چگالی حامل‌ها453-8- نانوروبان گرافن493-9- دینامیک آسایش حامل‌ها و بازترکیب در پمپ نوری گرافن503-10- وارونگی جمعیت در گرافن تحت پمپ نوری513-10- 1- بررسی وضعیت با دمای الکترونیکی پایین513-10-2- بررسی وضعیت با دمای الکترونیکی بالا533-11- تحلیل آشکارساز نوری زیر قرمز مبتنی بر ساختار GL-GNR-GL533-11- 1- مدل دیود نوری GL-GNR-GL و معادلات مربوطه563-11-2- جریان نوری و جریان تاریک583-12- معادلات مربوط به پاسخ ضربه593-13- پاسخ زمانی به تابع پله653-14 پاسخ زمانی به پالس68فصل 4- نتیجه‌گیری و پیشنهادها714-1- نتیجه‌گیری714-2- پیشنهادها72فهرست منابع:73 فهرست جدولهاجدول 3-1 آلوتروپ‌های کربن [46]33 فهرست شکل‌ها عنوانصفحهشکل 1-1 شبکه لانه زنبوری و ساختار باندی انرژی برای گرافن [5].3شکل 1-2 (الف)ساختار دیود نوری GL-GNR-GL ، (ب) دیاگرام انرژی آن تحت ولتاژ بایاس V [9].6شکل 1-3 (الف) ساختار باندی گرافن (ب) توزیع نیمه‌متعادل حامل های برانگیخته شده (ج) پراکندگی حامل- حامل (د) پراکندگی حامل-فونون [12].7شکل 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 است [41].16شکل 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].17شکل 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].19شکل 2-4 دینامیک آسایش و بازترکیب حامل‌ها در گرافن پمپ شده به صورت نوری در دمای اتاق [7].19شکل 2-5وابستگی زمانی (الف) دمای حامل‌ها و (ب) انرژی شبه فرمی با شدت پالس‌های متفاوت [31].21شکل 2-6(الف) ناحیه بریلویین اولیه. (ب) شبکه گرافن [10].23شکل 2-7پراکندگی بین باندی درون‌دره‌ای و بین درهای توسط فونون‌های نوری در گرافن [10].23شکل 3-1 چینش الکترون‌ها و تنیدگی آن‌ها در (الف) عنصر کربن و (ب) گرافن. (ج) نمایش اوربیتال‌ها [46].33شکل 3-2 تصویر TEM انتقال نوری قابل توجه گرافن که اتم‌های الکترون و پیوند‌ها در ساختار لانه‌زنبوری را روشن نشان می‌دهد [46].34شکل 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 بررسی شود [46].35شکل 3-4 شبکه لانه زنبوری گرافن. سلول واحد اولیه متوازی الاضلاع متساوی الاضلاع بر اساس دو اتم A و B می‌باشد [46].36شکل 3-5 شبکه‌ی معکوس گرافن [46].38شکل 3-6 ساختار باندی بدون تقریب گرافن شامل باندهای σ و π [46].39شکل 3-7 مقایسه پراکندگی‌های NNTB و ab-initio برای گرافن [46].43شکل 3-8 ساختار باندی تنگ بست نزدیک‌ترین همسایگی گرافن [46].45شکل 3-9 پراکندگی انرژی خطی گرافن در نقطه‌ی K که به عنوان مخروط دیراک شناخته می‌شود [46].46شکل 3-10 چگالی حامل‌های ذاتی برای گرافن [46].48شکل 3-11 ساختار اتمی (الف) نانوروبان گرافن زیگزاگ، (ب) نانوروبان گرافن چرخ‌دستی بار عرض W [5].49شکل 3-12 الف: ZGNR(8) ب: AGNR(9) ج: AGNR(9) [5].50شکل 3-13 نمایش طرح‌واره‌ی ساختار باندی گرافن (الف) و توزیع انرژی الکترون‌ها و حفره‌های نوری (ب-د) [5].52شکل 3-14 ساختار دیود نوری GL-GNR-GL و دیاگرام انرژی آن تحت ولتاژ بایاس V [9].55شکل 3-15 وابستگی زمانی انرژی شبه فرمی با شدت نورهای متفاوت و مقایسه‌ی آن با نتایج مرجع [31].61شکل 3-16 وابستگی زمانی دمای حامل‌ها با شدت نورهای متفاوت و مقایسه‌ی آن با نتایج مرجع [31].61شکل 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.63شکل 3-18 تغییرات جریان نوری به ازاء (الف) شدت نورهای مختلف (ب) سد پتانسیل‌های متفاوت از نانوروبان گرافن.64شکل 3-19 جریان نوری بر حسب انرژی فوتون و مقایسه با نتیجه‌ی به دست آمده در مرجع [9].66شکل 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.67شکل 3-21 جریان نوری به ازای سه فرکانس نور متفاوت به صورت پالس.69 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 میان 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 اتوماتیک 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 كوچك[1] مانند چاه‌های کوانتومی[2]، نقطه‌های کوانتومی[3] و سیم‌های کوانتومی[4] در آشکارسازهای نوری شده است [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 است. در این فصل به عنوان مقدمه ابتدا در مورد ویژگی‌های الکترونیکی نوری گرافن توضیح مختصری داده خواهد شد، سپس به توصیف کلی عملکرد آشکارساز نوری مبتنی بر GL-GNR[5]-GL[6] پرداخته می‌شود و در بخش آخر پیکربندی پایان‌نامه ارائه می‌گردد.