بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تاثیر موقعیت پالس اپتیکی بر پاسخ زمانی آشکارساز نوري فلز-نیمه رسانا-فلز GaAs، در شرایط استاتیک - میدان ضعیف - و تزریق بالاي حامل ها، با استفاده از نرم افزار متلب شبیه سازي عددي شده است. نتایج حاصل از شبیه سازي نشان می دهد که پاسخ زمانی قطعه با تغییر موقعیت پالس اپتیکی در ناحیه ي فعال تغییر می کند. این تغییرات به گونه اي است که پاسخ زمانی قطعه در اطراف آند بسیار قوي و در اطراف کاتد ضعیف است. براي توصیف رفتار قطعه، از تئوري انتقال غیر خطی امبیپولار در یک بعد استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازي عددي با نتایج تجربی همخوانی دارد.
کلید واژهنففآشکارسازفنوريففلزنفنیمه رسانانفلز، تئوري انتقال غیر خطی امبیپولار،فشبیه سازي عددي
-1 مقدمه
آشکارساز فلزنفنیمه رسانا –ففلز پMSMژفاز دو اتصال اهمی بر روي نواحی با آلاییدگی Nفبر روي یک ناحیه ي ذاتی پIژ،ف تشکیل شده استچفشماتیکی از این آشکارساز در شکل لف نشان داده شده است شکلفلففشماتیک یک آشکار MSMچ همراه با موقعیت پالس اپتیکی بر روي ناحیه فعال آن.نتایج تجربی نشان داده است که پاسخ زمانی قطعه به موقعیت پالس اپتیکی بر روي ناحیه ي فعال بستگی داردچفبا تابیدن پالس اپتیکی بر ناحیه ي آندي، قطعه به صورت قوي به ولتاژ اعمال شده پاسخ می دهدچفبا افزایش ولتاژ مقدار بیشینه پاسخ قطعه افزایش می یابدف[1]چفمنحنی تجربی مقدار بیشینه ي پاسخ قطعه بر حسب موقعیت پالس اپتیکی در شکل - 2 - فآمده است.
شکلهففمنحنی تجربی مقدار بیشینه ي پاسخ قطعه بر حسب موقعیت پالس اپتیکی، در ولتاژهاي زفو حلفولت فبراي شبیه سازي پاسخ زمانی قطعه به صورت تابعی از موقعیت پالس اپتیکی، از معادله ي غیر خطیفامبیپولار [2]ف استفاده کرده ایمچفهدف از شبیه سازي این است که نشان دهیم چگونه جفت شدن پالس هاي الکترون و حفره ي اضافی به موقعیت پالس نوري در ناحیه ي ذاتیفپIژ،فپاسخ می دهدچفبرطبق نتایج شبیه سازي، هنگامی که موقعیت پالس اپتیکی در ناحیه ي آندي قرار دارد و یا ولتاژ بزرگتري اعمال می شود، پاسخ زمانی قطعه افزایش می یابد.
-2 تحلیل رفتار حامل هاي اضافی بار در آشکارساز
هنگامی که پالس اپتیکی بر ناحیه ي ذاتی آشکارساز تابیده می شود، الکترون هاي اضافی پδnژفدر باند هدایت و حفره هاي اضافی پδpژ فدر باند ظرفیت تولید می شوندچ فحامل هاي اضافی بار تمایل دارند که در خلاف جهت یکدیگر سوق یافته و پخش شوند ف[3]چفبر طبق تئوري امبیپولار، به محض ایجاد یک اختلاف بسیار کوچک در چگالی الکترون ها و حفره هاي اضافی، یک میدان الکتریکی داخلی Eint، بین پالس الکترون وپالس حفره ایجاد می شودف[2, 4]چفبر طبق معادله ي پواسون داریمف[2]s فگذردهی ماده ي نیمه رسانا استچ فمیدان الکتریکی داخلی، پالس حامل هاي اکثریت را با پالس حامل هاي اقلیت جفت می کند، بطوریکه پالس حامل هاي اکثریت در جهت پالس حامل هاي اقلیت با ثابت سوق و پخش موثر µ′ف و D′فحرکت خواهد کردچفمعادله ي انتقالفامبیپولارفدر یک بعد داراي شکل زیر می باشد.که در آن Eفمیدان الکتریکی خارجی در امتداد محور x و به صورت یکنواخت فرض شده، g فآهنگ تولید حامل هاي اضافی بار در ناحیه ي I فو R فآهنگ بازترکیب غیر تابشی حامل هاي اضافی است.فدر محاسبات از رابطه بازترکیب غیر تابشی شاکلینفریدنففهال استفاده شده استف[5-7]از رابطه ي وابسته به میدان براي ثابت سوق حامل ها µnففو µpفاستفاده کرده ایم [8]µ0n,0pفثابت سوق الکترون ها و حفره ها در میدان ضعیف و νsn,spفسرعت اشباع الکترون ها و حفره ها است.
-1-2 محاسبات عددي
با حل عددي معادله - 2 - ، چگالی حامل هاي اضافی بار در هر لحظه و در هر نقطه از ناحیه ي ذاتی محاسبه می شودچف سپس پاسخ زمانی آشکارساز در هر لحظه با رابطه ي زیر محاسبه می شوددر برنامه طول ناحیه ي ذاتی Lفرا که برابر با 40 µmفاست به N=100فنقطه شبکه بندي کرده ایدر شکل - 3 - ، توزیع چگالی حامل هاي اضافی بار در ناحیه ي ذاتی آشکارساز، در زمان هاي 0، ححل، ححهفو ححمپیکو ثانیه نشان داده شده است شکل مففچگالی حامل هاي اضافی بار، در زمان هاي ح0، ححل، ححهفو ف ححمفپیکو ثانیه در ناحیه ي ذاتی به طول µmفحتفبا اعمال ولتاژ حلف ولتچفف در این شکل می توان فرآیند سوق حامل ها را علاوه بر فرآیند پخش مشاهده کردچفدر این شبیه سازي میدان خارجی در جهت +xفاعمال شده استچفهمانطور که از شکل مشاهده می گردد شار حامل ها در جهت حامل هاي اقلیت یعنی الکترون هانفناحیه ي ذاتی آشکارساز نوع pفاستنفف صورت می گیردچفاین نتیجه با آنچه که از تئوري مورد انتظار است، در توافق است در شکل زیر پاسخ آشکارساز در موقعیت هاي مختلف پالس اپتیکی نشان داده شده استچفهمانطور که از شکل مشاهده می گردد با دور شدن موقعیت پالس اپتیکی از از ناحیه ي آندي به سمت ناحیهي کاتدي، پاسخ آشکارساز به طور چشمگیري افت می کند.همانطور که از شکل - 4 - فو - 5 - فمشاهده می گردد با نزدیک شدن موقعیت مکانی پالس اپتیکی به آند و یا افزایش ولتاژ، بیشینه ي پاسخ قطعه افزایش می یابدچفدر واقع، در هر یک از دو شرایط، حامل هاي بیشتري در جریان خروجی قطعه سهیم می شوندچفنتایج بدست آمده از شبیه سازي عددي با نتایج تجربی مطابقت داردچففف
-3 نتیجهگیري
فففدر این مقاله وابستگی پاسخ زمانیفآشکارساز نوري فلزن نیمه رسانانففلز به موقعیت پالسفاپتیکی بر رويفناحیه فعالف قطعه مورد مطالعه قرار گرفته استچفبراي شبیه سازيفعدديف و توصیف رفتار حامل ها از تئوري انتقال غیر خطی امبیپولار استفاده شده استچفبر طبق این تئوري، در ناحیه
