عنوان

طراحی و شبیه سازی سنسورهای نوری با استفاده از نیمه هادی های با میزان آلایش خیلی زیاد مبتنی بر اثرات پلاسمونیکی

Number

‭۱۷۲۸۷پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

طراحی و شبیه سازی سنسورهای نوری با استفاده از نیمه هادی های با میزان آلایش خیلی زیاد مبتنی بر اثرات پلاسمونیکی

First Statement of Responsibility

/زهرا سعیدی نیا

Name of Publisher, Distributor, etc.

: مهندسی فناوری‌های نوین

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۵‬

Name of Manufacturer

، میرزائی

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

مهندسی نانوفناوری گرایش مهندسی نانوالکترونیک

Date of degree

‮‭۱۳۹۵/۱۱/۱۰‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

در چند دهه اخیر ادوات پلاسمونی کاربرد گستردهای یافتهاند و استفاده از آنها روز به روز در حال افزایش است .از جمله این کاربردها میتوان به سوئیچها، موجبرها و سنسورها اشاره کرد .اساس پلاسمون، مبتنی بر اندرکنش میدان الکتریکی در مرز مشترک لایههای فلزی و دیالکتریک است .به این ترتیب که با تاباندن نور با طول موج و زاویه مشخص به سطح مشترک فلز-دیالکتریک، شرایط کوپلینگ نور به دریای الکترونهای آزاد فلز را فراهم میآید .از آنجا که حاملهای آزاد در نیمههادیها الکترون و حفره هستند و میتوان با افزودن ناخالصی به آنها تعداد حاملها را افزایش داد نیمههادیهای خیلی آلاییده شده نیز میتوانند خواص شبه فلزی از خود نشان داده و در کاربردهای پلاسمونیک مورد استفاده واقع شوند .در این پایان نامه در فصل اول ابتدا به بیان مفاهیم نظری، مکانیسم پلاسمونهای سطحی پرداخته و تاریخچه پلاسمونیک و مقالات مربوط به سنسورهای پلاسمونیک بیان میشود .در فصل دوم به بیان معادلات حاکم بر انتشار امواج پلاسمونی پرداخته و تئوری حاکم بر ساختار مورد بررسی، تشریح میشود .در فصل سوم نتایج شبیه سازی از حل معادلات ماکسول مربوطه برای ساختار سنسور ارائه میشود .در این پایان نامه از ماده ‮‭GZO‬ به دلیل خواص توانایی دوپینگ مناسب و داشتن خواص نوری شبه فلزی در ناحیه ‮‭NIR‬ به عنوان لایه فلزی در ساختار پلاسمونیک استفاده شده است .ماده ‮‭ZnO‬ یک نیمههادی است که میتواند نقش دیالکتریک را در ساختار موجبرفلز-عایق-فلز بازی کند .در اینجا، ابتدا با مقایسه یک ساختار شامل آرایهای از نانودیسک تک لایه ‮‭GZO‬ با یک ساختار شامل آرایههای متناوب نانودیسکهای چند لایه نشان داده شده است که با کنترل تعداد لایههای ساختار میتوان تعداد فانو رزونانسها را افزایش داد .سپس با افزودن یک لایه نازک طلا بر روی بستر ساختار نشان داده شده است که حضور یک لایه بستر طلا نقش محسوسی درجایگزیدگی توان نوری در نانودیسکها را بازی میکند و منجر به یک مینیمم فانو مشهود در بازه ‮‭NIR‬ میشود .در ادامه با تغییر شکل نانوذرات از دیسک به رینگ اثبات شده است که شدت و مکان روزنانسهای پلاسمونیک به شکل و اندازه نانوذرات و هندسه ساختار به شدت وابسته هستند .در نهایت حساسیت ساختارهای آنالیز شده را محاسبه کردیم که به ترتیب برای ساختارهای رزوناتور دیسکهای چندلایه با حضور یک لایه نازک طلا، ساختار شامل یک عدد نانورینگ چندلایه و ساختار شامل رزوناتور رینگهای چندلایه برابر با ‮‭۵۳۰nm/RIU‬ ، ‮‭۵۰nm/RIU‬ و ‮‭۱۵۳nm/RIU‬ به دست آمدند .همانطور که انتظار میرود افزودن یک لایه فلز بر روی ساختار به دلیل حبس نور برای بهبود حساست سنسور بسیار مناسب میباشد و باعث افزایش چند برابری حساسیت سنسور میشود

Text of Note

In recent decades, plasmonic devices have been widely extended. They have great potential for many applications.These applications include: waveguids, switchs and sensors. Plasmon is based on interaction of Electric field at interface between metal-dielectric layers. In this way, by illustrating light at specific wavelength and phase to the metal-dielectric interface, coupling light conditions create to the free electrons in metals. Since the free carriers in semiconductors are electrons and holes, it is possible that increase carrier density by adding dopant. So heavily doped semiconductors can exhibit metal-like properties and they are used in plasmonic applications. In this thesis, in first chapter, we mention theory concepts and surface plasmon mechanism, then plasmonic history and corresponding articles are expressed. In second chapter, the equations of plasmon wave propagation and theory of proposed stracture are expressed. Finally, in third chapter, the simulation results that obtained from solution of Maxel equation for sensor structur are presented. Here, we use the GZO as a metallic layer in the plasminc structure due to having suitable ability of doping and optic-like properties in the NIR region. Zinc oxide is a semiconductor that could play role of the dielectric in the metal-insulator-metal structure. In this thesis, we initially show by compare of GZO nanodisk array with a multilayer nanodisk resonator consisting of alternating layers of ZnO and GZO that by controlling number of layers we can increase the number of Fano resonances. Then, with adding an extra Au thin layer on the substrate, we show that the presence of a gold layer plays a significant role in the localizing optical power at nanodisks and causes a pronounced Fano resonance in the NIR region at the wavelength of 2800nm. In addition, by changing the shape of the nanoparticles to ring, we demonstrate that width and position of plasmonic resonaces are highly dependent on the shape and size of nanoparticles and geometry of structure. Finally, we calculate sensitivity of Analyzed structures that for multilayer nanodisk resonator with a thin layer of gold, a stucture consisting of one multilayer ring and multilayer ring resonator as 530nm/AIU, 50nm/RIU and 153nm/RIU, Respectively. As we expected using a thin metal layer is useful for sesitivity improvement and it causes a few times increasment sensititvity for sensors

سعیدی نیا، زهرا

گل محمدی هریس، سعید، استاد راهنما

عباسیان، کریم، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی