طراحی و تحلیل دیود نوری با استفاده از بلورهای فوتونی

موضوع پایان نامه :طراحی و تحلیل دیود نوری با استفاده از بلورهای فوتونی
مقطع: کارشناسی ارشد الکترونیک

چکیده
در اﻳﻦ ﭘﺮوژه ﺑﺎ ﻛﻤﻚ ﺑﻠﻮرﻫﺎی ﻓﻮﺗﻮﻧﻲ ﺑﺎ ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻧﻮار اﻧﺮژی ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻨﻈﻴﻢ ﺑﻪ ﻃﺮاﺣﻲ و ﺷﺒﻴﻪﺳﺎزی ﻳﻚ دﻳﻮد ﻧﻮری ﺧﺎص ﺧﻮاﻫﻴﻢ ﭘﺮداﺧﺖ ﻛﻪ ﻣﺤﺼـﻮرﺳﺎزی ﻋﺮﺿﻲ در آن ﺗﻮﺳـﻂ ﺑﻠﻮر ﻓﻮﺗﻮﻧﻲ ﺑﺎ ﺿﺨـﺎﻣﺖ ﻣﺤﺪود ﺻﻮرت ﻣﻲﮔﻴﺮد اﻳﻦ ﻧﻮع دﻳﻮدﻫﺎی ﻧﻮری ﺧﺎص دارای ﺑﻬﺮه اﺳﺘﺨﺮاج ﺗﻮان ﺑﻴﺸﺘﺮی ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ اﻧﻮاع ﻛﻼﺳﻴﻚ ﺧﻮد ﻫﺴﺘﻨﺪ. ﺷﺒﻴﻪ- ﺳـﺎزی ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از روشﻫﺎی ﺗﺤﻠﻴﻠﻲ ﺑﺴﻂ اﺻﻼح ﺷﺪه اﻣﻮاج ﺗﺨﺖ، ﺑﺴﻂ ﻣﺪﻫﺎی ﻫﺪاﻳﺖ ﺷﻮﻧﺪه و ﻣﺎﺗﺮﻳﺲﻫﺎی ﭘﺮاﻛﻨﺪﮔﻲ ﺑﻪ ﻣﺎ ﻛﻤﻚ ﻛﺮد ﻛﻪ ﻧﺘﺎﻳـﺞ ﻣﻔﻴﺪی را ﺑﺎ ﺑﺮرﺳﻲ ﻣﺪﻫﺎی ﻓﻮﺗﻮﻧﻲ ﺳﻴﺴﺘﻢ و ﺑﺮای دو ﻧﻮع ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﻪ دﺳﺖ آورﻳﻢ. در ﻫﺮ دو ﻧﻮع اﻳﻦ ﺳﺎﺧﺘﺎرﻫﺎ از ﭘﺪﻳﺪه ﭘﺮاش ﺟﻬﺖ اﻧﺘﻘﺎل اﻧﺮژی ﻣﻨﺒﻊ ﻧﻮر ﺑﻪ ﻣﺤﻴﻂ ﺧﺎرج اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﺷﻮد. در ﻛﺴﺐ اﻳﻦ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺑﺮ ﺗﺄﺛﻴﺮ ﺗﻐﻴﻴﺮات ﺳﺎﺧﺘﺎری ﺑﻠﻮر ﻓﻮﺗﻮﻧﻲ در ﻣﻴﺰان ﺑﺎزدﻫﻲ اﺳﺘﺨﺮاج ﺗﻮان، ﺗﻮزﻳﻊ ﭘﺮاش و ﺑﺎزدﻫﻲ ﺗﺰوﻳﺞ ﻣﺪﻫﺎی ﻣﻮجﺑﺮ و ﺑﻠﻮر ﻓﻮﺗﻮﻧﻲ ﺗﺄﻛﻴﺪ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺷﺒﻴﻪﺳـﺎزیﻫﺎ در ﺧﺼﻮص ﺑﺮرﺳﻲ ﻣﻴﺰان ﺑﺎزدﻫﻲ اﺳﺘﺨﺮاج ﺗﻮان، در ﻣﺤﺪوده ﻃﻮل ﻣﻮج ﺳﺒﺰ و ﺑﺮای ﺑﻠﻮرﻫﺎی ﻓﻮﺗﻮﻧﻲ ﺑﺎ ﺷﺒﻜﺔ ﻣﺮﺑﻌﻲ و ﻣﺜﻠﺜﻲ اﻧﺠﺎم ﭘﺬﻳﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. اﻳﻦ در ﺣﺎﻟﻴﺴﺖ ﻛﻪ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه ﺑﺮای ﻃﻮل ﻣﻮجﻫﺎی دﻳﮕﺮ ﻣﺤﺪوده ﻧﻮر ﻣﺮﺋﻲ و ﻧﻴﺰ ﺑﺮای ﺷﺒﻪ ﺑﻠﻮرﻫﺎی ﻓﻮﺗﻮﻧﻲ ﺻﺎدق ﻣﻲﺑﺎﺷﻨﺪ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ در ﺗﺤﻠﻴﻞ ﻣﻨﺒﻊ ﻧﻮر ﺑﺮای اﻳﻦ دﻳﻮدﻫﺎ، ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻧﻮارﻫﺎی ﻇﺮﻓﻴﺖ ﭼﺎه ﻛﻮاﻧﺘﻮﻣﻲ از ﺗﺮﻛﻴﺐ روشﻫﺎی K.P و ﻣﺎﺗﺮﻳﺲﻫﺎی اﻧﺘﻘﺎل ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه اﺳﺖ و از ﺗﻘﺮﻳﺐ ﺗﻮاﺑﻊ ﭘﻮش ﺑﺮای ﺑﻪ دﺳﺖ آوردن ﺗﺎﺑﻊ ﻣﻮج ﺣﻔﺮه و اﻟﻜﺘﺮون در ﭼﺎه ﻛﻮاﻧﺘﻮﻣﻲ ﺑﻬﺮه ﺑﺮده­اﻳﻢ. ﺑﺪﻳﻦ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺑﺎ ﺑﻬﺮهﮔﻴﺮی از اﻳﻦ ﺗﻮاﺑﻊ ﻣﻮج و ﺑﺎ ﻣﺤﺎﺳـﺒﻪ ﻣﻤﺎنﻫﺎی دوﻗﻄﺒﻲ در ﺷﺮاﻳﻂ ﮔﺬار اﺗﻢﻫﺎ، ﻗﺎدر ﺑﻪ ﺑﻪ دﺳﺖ آوردن ﻃﻴـﻒ ﻧﺮخ ﺗﺎﺑﺶ ﺧﻮدﺑﻪﺧﻮدی و ﺑﻬﺮه ﮔﺸﺘﻴﻢ. ﻧﺘـﺎﻳﺞ ﻧﺸﺎن ﻣﻲدﻫﺪ ﻛﻪ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺗﺮﻛﻴـﺐ ﻣﻮاد ﺳﺎزﻧﺪه ﭼﺎه ﻛﻮاﻧﺘـﻮﻣﻲ، ﻣﻲﺗﻮان ﺑﻪ ﻧﺮخ و ﺑﻬﺮه ﺗﺎﺑﺶ ﻧﺴﺒﺘﺎً ﻳﻜﺴﺎن ﺑﺮای ﻃﻮل ﻣﻮجﻫﺎی ﻗﺮﻣﺰ، ﺳﺒﺰ و آﺑﻲ رﺳﻴﺪ، ﻛﻪ اﻳﻦ اﻣﺮ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ در ﻃﺮاﺣﻲ دﻳﻮد ﻧﻮری ﺳﻔﻴﺪ ﺑﺎ ﻃﻴﻒ ﺗﺎﺑﺶ ﻳﻜﻨﻮاﺧﺖ ﺑﺴﻴﺎر ﺳﻮدﻣﻨﺪ ﺑﺎﺷﺪ.

فهرست مطالب
مقدمه
انتقال، انعکاس، پراش در بلورهای فوتونی با ضخامت محدود
بسط اصلاح شده امواج تخت و حل معادلات ماکسول در بلور فوتونی با ضخامت محدود
محاسبه ماتریسهای انتقال و مرزی لایه ها
بردارهای تحریک ورودی ۱۶
ماتریس انتقال و پراکندگی کل ساختار
محاسبه میزان انتقال، بازتاب، پراش و جذب در بلور فوتونی با ضخامت محدود
ساختار Ewald و به دست آوردن مراتب پراش برای PCS
اثر تغییرات ساختار بر میزان انتقال و بازتاب از PCS تحت زاویه تابش و قطبش خاص در محدوده بسامدی معین
بازدهی استخراج توان از دیود نوری
انتقال و بازتابش تحت تابش همه سویه برای مراتب پراش مختلف و تحت قطبشهای TE و TM
بازدهی استخراج همه سویه توان دوقطبی در قطبشهای TM و TE
بررسی شبه دوبعدی مشخصه بهره با استفاده از مدهای سیستم
بررسی تحلیلی ساختار دیود نوری و مدهای سیستم جهت محاسبه بهره تزویج
بررسی نمایه هماهنگ میدانها در جهت عمود بر PCS
بهره تزویج بین مدهای هدایت شونده موج بر و مدهای بلاخ
طراحی چاه پتانسیل بر اساس GaN و آلیاژهای آن
مزیت GaN و آلیاژهای آن در الکترونیک نوری
ساختار نوار نیمه رساناهای تحت فشار Wurtzite با استفاده از همیلتونی RSP
توابع موج در چاه پتانسیل و به دست آوردن ممان دوقطبی
ساختار نوار مواد Wurtzite و خصوصیات نوری آنها
قطبش پیزوالکتریک و تأثیر آن بر طیف تابش خودبخودی در دیودهای نوری
طراحی دیود نوری سفید
نتیجه گیری و کارهای آینده
ضمیمه. چگالی محلی حالتها در بلور فوتونی با ضخامت محدود
تابع گرین و مدهای بلاخ بلور فوتونی
بدست آوردن مدهای بلاخ به وسیله بسط امواج هدایت شونده
نکات شبیه سازی
مراجع

تعداد صفحات: ۱۴۲ صفحه

فرمت فایل: pdf

ادامه مطلب