عنوان

طراحی و مدلسازی آشکارساز نور مرئی مبتنی بر ساختار دو بعدی مولیبدن دی سولفید کوپل شده به نانو آنتن های نوری

Number

پ۲۴۵۴۷

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

طراحی و مدلسازی آشکارساز نور مرئی مبتنی بر ساختار دو بعدی مولیبدن دی سولفید کوپل شده به نانو آنتن های نوری

First Statement of Responsibility

مینا توکلی

Name of Publisher, Distributor, etc.

مهندسی برق وکامپیوتر

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۳۹۹

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۲۷ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

مهندسی نانوفناوری

Date of degree

۱۳۹۹/۱۱/۲۹

Text of Note

مواد دو بعدی مانند دیچالکوجناید فلزات واسطه (TMDs) با فرمول شیمیایی MX2 (دی سولفید مولیبدن MoS2) دارای ساختار شبکه بندی شده شش ضلعی دو وجهی بوده و به دلیل دارا بودن خواص الکترونیکی و نوری عالی، در تحقیقات اخیر مورد توجه قرار گرفته است و همچنین پتانسیل فوق العاده ای برای بسیاری از کاربردها نظیر سلول های خورشیدی و آشکارسازهای نوری دارد. با آنالیزهای دقیق نوری با روش FDTD سه بعدی میزان جذب 100% در طول موج 450 نانومتر حاصل شده است. این جذب نور بصورت پهن باند از 400 تا 700 نانومتر به دست آمده است. یک آشکارساز نوری فرآیندی برابر با تبدیل سیگنال نوری جذب شده به یک سیگنال الکتریکی را دارد. لذا در این پروژه یک آشکار ساز نوری مبتنی بر MoS2 طراحی شده است. ساختار این آشکار ساز مشابه ترانزیستور بوده و متشکل از المان های اصلی سورس، درین و گیت می باشد. همچنین کانال ترانزیستور از جنس MoS2 بوده که ذرات نانویی پلاسمونیک روی آن قرار گرفته است که این لایه MoS2 روی ساختار DBR قرار گرفته است و به صورتی بهینه شده اند که جذب در بازه طول موجی مرئی و فروسرخ، نزدیک به حداکثر رسیده است. این آشکارساز با استفاده از روش تفاضل محدود در حوزه زمان (FDTD) و روش المان محدود (FEM) مدل سازی شده است که در واقع نتایج ارائه شده از شبیه سازی ها نشان داده اند که بازه حداکثر جذب از 550 نانومتر به 700 نانومتر بهبود یافته و پهن باند شده است. در مرحله ی بعدی این بحث ابتدا نمودار جریان درین – سورس بر حسب ولتاژ درین – سورس محاسبه شده است. در حقیقت از طریق برخورد نور، حامل های نوری و در نتیجه آن، الکترون-حفره تولید شده است که در این قسمت نمودار جریان الکترون-حفره نیز بر حسب طول موج به دست آمده است. در نهایت جریان کل از مجموع این دو نمودار، به عبارتی جریان برحسب ولتاژ با جریان بر حسب طول موج حاصل شده است. بنابراین با توجه به نتایج به دست آمده و همچنین مطابق با نمودار های حاصله، در ولتاژ-گیت 8/0-، 1/1-، 4/1- و 7/1- ولت و در ولتاژ درین – سورس های مختلف، برای طول برابر L، جریان کل تا حدود 45/0 میکروآمپر، به ازای طول برابر 0.5*L، جریان کل تا حدود 7/0 میکروآمپر و در طول برابر 2*L، جریان کل نیز تا حدود 06/0 میکروآمپر در طول موج 700 نانومتر بصورت پهن باند نشان داده شده اند. به عبارت دیگر، کاهش طول باعث افزایش پاسخدهی آشکارساز نوری و افزایش جریان و بالعکس افزایش طول باعث کاهش جریان می شود

Text of Note

Two-dimensional materials such as transitional metal dicalcogenides (TMDs) with the chemical formula MX2 (MoS2 molybdenum disulfide) have a hexagonal lattice structure and have been considered in recent research due to their excellent electronic and optical properties. It also has great potential for many applications such as solar cells and photodetectors. Accurate optical analysis with three-dimensional FDTD method has achieved 100% absorption at 450 nm. This light absorption is obtained in a broadband range from 400 to 700 nm. An photodetector has the same process as converting an absorbed optical signal into an electrical signal. Therefore, in this project, a photodetector based on MoS2 has been designed. The structure of this photodetector is similar to a transistor and consists of the main elements of the source, drain and gate. Also, the transistor channel is made of MoS2 which plasmonic nanoparticles are placed on that. This layer of MoS2 is placed on the DBR structure and is optimized so that the absorption in the visible and infrared wavelength range is close to maximum. This photodetector is modeled using the finite difference method in time domain (FDTD) and finite element method (FEM). In fact, the results of the simulations show that the maximum absorption range is improved from 550 nm to 700 nm and is broadband. In the next step of this discussion, the drain-source current diagram is first calculated in terms of drain-source voltage. In fact, through the collision of light, light carriers and as a result, the electron-hole is produced, in which the electron-hole current diagram is also obtained in terms of wavelength. Finally, the total current is obtained from the sum of these two graphs, in other words, the current in terms of voltage and the current in terms of wavelength. Therefore, according to the obtained results and also according to the obtained diagrams, in the gate-voltage of -0.8, -1.1, -1.4 and -1.7 volts and in the different drain - sources voltage, for L-length, total current up to about 0.45 microamperes, per length equal to 0.5 * L, total current up to about 0.7 microamperes and at lengths equal to 2 * L, total current up to about 0.06 microamperes at 700 wavelength Nanometers are shown as broadband. In other words, decreasing the length increases the response of the photodetector and increasing the current, and conversely increasing the length decreases the current.

Variant Title

Design and modeling of visible light photo detector based on two dimensional molybdenum disulfide structure coupled to optical nano-antennas

Entry Element

توکلی

Part of Name Other than Entry Element

‏ مینا

Relator Code

تهيه کننده

Entry Element

‏صوفی

Entry Element

‏عباسیان

Part of Name Other than Entry Element

‏ هادی

Part of Name Other than Entry Element

‏ کریم

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز