فهرست مطالب عنوان ....... صفحهفصل اول:مقدمه ......11-1آشکارسازهای مادون قرمز......11- 2خلاصه پیشینه پژوهشی ......21-3بیان مسئله .........71-4پیکربندی پایان نامه ......9فصل دوم: آشکارسازهای نوری مبتنی بر نقاط کوانتمی2-1مقدمه .........112-2نقاط کوانتمی ........112-3روشهای ساخت نقاط کوانتمی ......132-4ترازهای انرژی نقاط کوانتمی ......152-5آشکارسازهای مادون قرمز نقطه کوانتمی .......172-6 آشکارسازهای مادون قرمز نقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی ......................23فصل سوم: مدل های فیزیکی محاسبه جریان تاریک آشکارسازهای مادون قرمز کوانتمی3-1مدل مبتنی برسرعت رانشی حامل ها ........................................................................293-2مدل انتشار-گیرش...................................................................................................303-3مدل دیگر ارائه شده برای جریان تاریک .....................................................................31 فصل چهارم: محاسبه احتمال تونل زنی به روش عددی ماتریس انتقال4-1-1محاسبه ماتریس انتقال پله ..................................................................................354-1-2محاسبه ماتریس انتقال بین پله ها .......................................................................374-1-3 محاسبه ماتریس انتقال کلی...............................................................................384-2محاسبه چگالی حالات.............................................................................................394-2-1محاسبه چگالی حالات در سه بعد(ماده حجیم) .....................................................394-2-2 محاسبه چگالی حالات در دو بعد(چاه کوانتمی) ...................................................434-2-3 محاسبه چگالی حالات در یک بعد(سیم کوانتمی) ................................................444-2-4 محاسبه چگالی حالات درصفر بعد(نقطه کوانتمی) ...............................................454-3محاسبه چگالی جریان تاریک....................................................................................464-4محاسبه نویزجریان تاریک.........................................................................................47فصل پنجم: محاسبه نویز آشکارسازهای مادون قرمز نقطه در چاه کوانتمی5-1محاسبه چگالی جریان تاریک ..................................................................................505-2محاسبه چگالی جریان تاریک و نویز در ساختار QDIP .............................................515-3محاسبه چگالی جریان تاریک و نویز در ساختار RT-DWELL ..................................555-4نتیجه گیری و پیشنهادات .........................................................................................61مراجع ...........................................................................................................................62 فهرست شکل هاعنوان ................................................................................................................ صفحهشکل(1-1) تراز های انرژی چاه کوانتمی..............................................................................................4شکل(1-2)آشکارساز نقطه کوانتمی......................................................................................................5شکل(1-3)ساختار نقطه در چاه کوانتمی..............................................................................................6شکل(1-4) ساختار باند انرژی RT-DWELL........................................................................................7شکل(2-1) ترازهای انرژی گسسته در باند هدایت نقطه کوانتمی..........................................................12شکل(2-2) تصویر نقاط کوانتمی InAs با AFM................................................................................13شکل(2-3) مراحل ساخت نقاط کوانتومی با روش لیتوگرافی................................................................14شکل(2-4) تصویر AFM از جزایر InAs.............................................................................................15شکل(2-5) ساختار الکترونیکی نقاط کوانتمی خود چیدشی.................................................................16شکل(2-6) ساختار کامل یک آشکارساز..............................................................................................17شکل(2-7) دیاگرام باند انرژی QWIP................................................................................................18شکل(2-8) نمونه تجاری آشکارسازMCT(سمت چپ) و QWIP(سمت راست) ....................................19شکل(2-9) دونمونه از گریتینگ برای آشکارسازهایQWIP.................................................................19شکل(2-10) شماتیک آشکارساز QWIP (سمت چپ) و QDIP (سمت راست) ...................................20شکل(2-11) دیاگرام تراز انرژی DWELL...........................................................................................22شکل(2-12)پروفایل باند هدایت آشکارساز RT-DWELL با اعمال بایاس.............................................23شکل(2-13)ساختار یک سد پتانسیل.................................................................................................25شکل(2-14) نمودار ضریب انتقال بر حسب انرژی الکترون.................................................................25شکل(2-15) ساختار سد پتانسل دوتایی............................................................................................26شکل(2-16) نمودار احتمال تونل زنی سد دوتایی با عرض های مختلف..............................................26شکل(2-17) ساختار نقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی در یک ولتاژ بایاس..........................27شکل(4-1) پروفایل یک پتانسیل دلخواه که به چند پله تقسیم شده است..........................................34شکل(4-2)پله پتانسیل....................................................................................................................35شکل(4-3) نمودار فضایی بردار موج k...............................................................................................40شکل(4-4)چگالی حالات بر حسب انرژی در سه بعد.........................................................................42شکل(4-5) نمودار فضای k در دوبعد...............................................................................................43شکل(4-6)چگالی حالات بر حسب انرژی در چاه کوانتمی.................................................................44شکل(4-7) چگالی حالات برحسب انرژی در سیم کوانتمی...............................................................45شکل(4-8) چگالی حالات برحسب انرژی درنقطه کوانتمی................................................................45شکل(5-1)ساختار آشکارساز نقطه کوانتمی معمولی..........................................................................50شکل(5-2) فرایند های تولیدکننده جریان تاریک در QDIP..............................................................51شکل(5-3)نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در QDIP ............................................51شکل(5-4)نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در در دماهای مختلفQDIP ............52شکل(5-5) نمودار نویز بر حسب میدان الکتریکی ساختار QDIP......................................................53شکل(5-6) نمودار نویز بر حسب میدان الکتریکی در دماهای مختلف ساختار QDIP..........................53شکل(5-7) نمودار نویز بر حسب میدان الکتریکی در جند اندازه مختلف نقطه کوانتمی ساختار QDIP.54شکل(5-8) ساختار آشکارساز RT-DWELL.........................................................................................................55شکل(5-9)نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در RT-DWELL ..................................55شکل(5-10)نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در QDIPوRT-DWELL .....................56شکل(5-11)نمودار چگالی جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در دماهای مختلف در RT-DWELL ....57شکل(5-12)نمودار نویز جریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در RT-DWELL .....................................58شکل(5-13)نمودار نویزجریان تاریک بر حسب ولتاژ بایاس در دماهای مختلف در RT-DWELL ..........58شکل(5-14)نمودار نویز بر حسب ولتاژ بایاس در چند اندازه مختلف نقطه کوانتمی درRT-DWELL ......59شکل(5-15)نمودار احتمال عبور الکترون ها بر حسب انرژی در ساختار RT-DWELL ...........................60فصل اول مقدمه1-1 آشکارسازهای مادون قرمزآشکارساز نوری[1] یک قطعه الکتریکی نوری است که انرژی نور را جذب کرده و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند .آشکارسازی که طیف مادون قرمز را جذب و آشکار می نماید آشکارساز مادون قرمز نامیده می شود .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] استفاده می شود .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 است .برای رفع مشکلات فوق ساختارهای پیشنهادی از حالت حجیم[7] شروع شد 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 اشاره کرد [6]. با استفاده 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 کرد .همچنین برای کاهش جریان تاریک آشکارساز، از ساختارنقطه در چاه کوانتمی با تونل زنی تشدیدی]8[ استفاده 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 شد .