چکیده:
از روی هم قرار دادن لایه های هم بافته مواد نیمه هادی پیوند نامتجانس نوع ایجاد می شود.
در این نوع پیوندها، به واسطه اثرات چاه های کوانتومی ساختار نواری اصلاح می گردد. در ساختار چاه کوانتومی الکترون فقط در یک بعد، محدود می شود.
بنابراین، در دو بعد، روی طیف پیوسته انرژی و در یک بعد، روز ترازهای گسسته انرژی حرکت می کند. در این ساختارها، اثرانی که ناشی از پهنای کم می باشند، به وضوح مشاهده می شود. این اثرات به عنوان اندازه کوانتومی مشهور می باشند. در چاه کوانتومی نوع اول، نوار رسانی و نوار ظرفیت، در یک راستا قرار می گیرند، در حالی که در چاه کوانتومی نوع دوم، نوارهای مذکور در یک راستا قرار نمی گیرند.
خواص منحصر به فرد پیوندهای نامتجانس نوع، امکان تولید آشکارسازهای نوری مادون قرمز جدیدی را با کارایی در دمای بالاتر، قدرت آشکارسازی و یکنواختی بیشتر نسبت به آشکارسازهای موجود را فراهم می کند. این افزاره ها به دو گروه عمده تقسیم می شوند: آشکارسازهای مادون قرمزی که از دستگاه خنک کننده برای کاهش دما عملیاتی آنها استفاده می شود و در محدوده طول موج های بلند مادون قرمز کار می کنند و آشکارسازهای مادون قرمزی که به خنک کننده نیاز ندارند و در محدوده طول موج های خیلی بلند مادون قرمز کار می کنند.
آشکارسازهای مادون قرمزی که به خنک کننده نیاز ندارند، در حسگرهای سبک وزن و ارزان قیمت که کاربردهای پزشکی و صنعتی زیادی دارند، بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. در حسگرهایی که نیاز به خنک کننده ندارند، از آشکارسازهای میکروبولومتری یا فروالکتریک استفاده می شود. این حسگرها ذاتا کند هستند و نمی توانند تغییرات سیگنال های سریع مورد نیاز سامانه های مادون قرمز پرسرعت را آشکار کنند.
آشکارسازهای فوتون مادون قرمز را می توان به دو گروه طبقه بندی کرد، یکی آشکارسازهای مادون قرمز میان نواری مانند HgCdTe و دیگری آشکارسازهای مادون قرمز چاه کوانتومی میان زیرنواری (QWIP). از محدودیت های اصلی در آشکارسازی های میان نواری، افزایش نرخ «بازترکیب اوژه» می باشد، که باعث محدودیت های کار آنها در دماهای بالا می باشد. با اصلاح شکاف نوار در «ابرشبکه های نوع » تا حدود زیادی از نرخ بازترکیب اوژه در دمای اتاق، کاسته می شود.
مقدمه
در این سمینار ویژگی های منحصر به فردی از پیوندهای نامتجانس نوع را برای تحقق آشکارسازهای مادون قرمزی با دمای عملیاتی بالاتر و قدرت آشکارسازی و یکنواختی بیشتری نسبت به آشکارسازهای مادون قرمز رایج، استفاده کرده ایم. این تلاش روی دو نوع مهم از افزاره ها متمرکز شده است: آشکارسازهای مادون قرمزی که از دستگاه خنک کننده برای کاهش دما عملیاتی آنها استفاده می شود و افزاره هایی که در آنها از دستگاه خنک کننده استفاده نمی شود. این دو نوع آشکارساز در محدوده طول موج مادون قرمز بلند کار می کنند.
آشکارسازهای مادون قرمز نوع دوم در سامانه های حسگری کم وزن و ارزان قیمت کاربرد دارند این حسگرها در زمینه های پزشکی و صنعتی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.
حسگرهای IR که نیاز به خنک کننده ندارند، از آشکارسازهای میکروبولومتری یا فروالکتریک استفاده می کنند. این حسگرها کند هستند و نمی توانند تغییرات سیگنال های سریع مورد نیاز برای سامانه های مادون قرمز سرعت بالا را آشکار کنند. بعضی از کاربردهای آشکارسازهای سریع در صنایع پزشکی و LIDAR ها می باشد. اگرچه آشکارسازهای نوری، پاسخ فرکانسی بالایی در محدوده مگاهرتز دارند، اما دمای آشکارسازی بالای آنها به خاطر نرخ های بازترکیب بالا، کاهش یافته است. مهندسی شکاف انرژی برای جلوگیری از بازترکیب در دمای اتاق در ابر شبکه های نوع مورد استفاده قرار گرفته است. آشکارسازهای مذکور بر مبنای ابرشبکه های طراحی و پایه گذاری شده اند و قدرت آشکارسازی 10CmHz/W*1/3 را در 11 میکرومتر نشان می دهند. این مقدار قابل قیاس با میکروبولومترها می باشد. در آشکارسازهای رایج از سیلسیم ذاتی و HgCdTe استفاده می شود. که باید تا دمای پایین تر از 10k خنک شوند. اما یکنواختی خوبی در محدوده آشکارسازی طول موج های خیلی بلند ندارند.
تعداد صفحات: 65
سمینار ارشد برق چاه های کوانتومی نیمه هادی Semiconductor Quantum Holes
